Institut für Robotik und Mechatronik

Mechatronik ist die höchstmögliche Integration von Mechanik, Elektronik und Informatik bis hin zu den „intelligenten Mechanismen“ und Robotern, die mit ihrer Umwelt interagieren. Entscheidend ist dafür auch die „ganzheitliche“ Auslegungsoptimierung und 3D-Simulation solcher Systeme und Komponenten, bevor man sie hardwaremäßig aufbaut. Dementsprechend liegt die fachliche Basis des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik im interdisziplinären (virtuellen) Entwurf, der rechnergestützten Optimierung und Simulation, aber natürlich auch der Realisierung komplexer mechatronischer Systeme und Mensch-Maschine-Interfaces. In der Robotik gilt das Institut als eines der weltweit führenden.

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Abteilungen des Instituts für Robotik und Mechatronik (Leitung: Prof. Dr.-Ing. Gerd Hirzinger)

Robotersysteme (Abteilungsleiter: Prof. Dr.-Ing. Gerd Hirzinger)

Das langfristige Ziel unserer Robotik-Aktivitäten basierte immer auf der Idee, Menschen von inhumanen und gefährlichen Aufgaben zu befreien. Während in den ersten Jahren der Robotik in unserer Abteilung der hauptsächliche Interessenschwerpunkt auf die Entwicklung von Robotersensoren (und auf sensorbasierten Mensch-Maschine Schnittstellen) und die Schließung von intelligente Sensor Feedback-Schleifen beschränkt wurde, haben sich in den letzten Jahren die Aktivitäten beträchtlich ausgeweitet. In der Gegenwart ist das allgemeine Ziel der Entwurf einer neuen Generation von multisensorisierten Leichtbauroboter für Raumfahrtanwendungen, die sowohl von Astronauten als auch von Bodenstationen bedient werden können, basierend auf kräftigen Telerobotik Konzepten und Mensch-Maschine Schnittstellen.

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Systemdynamik und Regelungstechnik(Abteilungsleiter: Dr. Johann Bals)

The System Dynamics and Control Department of the DLR Institute of Robotics and Mechatronics is responsible for advancing the state-of-the-art in system dynamics and control technologies for high-performance mechatronic systems in aerospace, robotics and ground vehicle application. The increasing requirements on higher performance, improved comfort, safety, lower energy consumption, etc. for innovative technical products urge the need for better dynamics and control methods and tools of practical value.

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Optische Informationsysteme

Die Abteilung Optische Informationssysteme ist aufgeteilt in Optische Sensorik / Elektronik (Leitung: Dr. Andreas Eckardt), Informationsverarbeitung (Leitung: Dr. Anko Börner), und Sensorkonzepte und Anwendungen (Leitung: Frank Lehmann) und ist am DLR Berlin platziert.

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Der DLR Krabbler exploriert und kartiert autonom seine Umgebung

Perzeption und Kognition (Abteilungsleiter: Dr. Ing. Michael Suppa)

Die Abteilung Perzeption und Kognition beschäftigt sich damit, Robotersystemen eine ganzheitliche Wahrnehmung ihrer Umgebung mittels der zwei dominierenden Robotersinne Fühlen und Sehen zu ermöglichen. Perzeption und Kognition sind für teleoperierte Assistenz- und autonome Robotersysteme elementare Bestandteile, da sie reaktives Verhalten, Aufmerksamkeitssteuerung und Situationsinterpretation erst möglich machen.

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Autonomie und Fernprogrammierung (Abteilungsleiter: Christoph Borst)

Die Abteilung Autonomie und Fernprogrammierung beschäftigt sich mit der Planung und Ausführung von Bewegungen auf teilweise mehrarmigen Robotern mit vielen Freiheitsgraden. Die Aufgabenstellungen gehen von der Ausführung und Überwachung einfacher Bewegungsprimitive bis zur autonomen Planung komplexer Manipulationsaufgaben mit Roboterhänden und Armen. Grundlagen zur Steuerung von Roboterbewegungen auf flexiblen, leistungsfähigen und verteilten Rechenplattformen unter harten Echtzeitbedingungen werden ebenfalls untersucht.

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Mechatronische Komponenten und Systeme (Abteilungsleiter: Dr. Ing. Alin Albu-Schäffer, Markus Grebenstein)

Aufgabe der Abteilung ist die Entwicklung und die Regelung von hoch integrierten, leistungsstarken, aber gleichzeitig feinfühligen Robotersystemen im Sinne der vom Institut geprägten „Soft Robotics“ Philosophie. Das Hauptaugenmerk liegt auf Manipulation und Lokomotion in Raumfahrtanwendungen und in terrestrischen Applikationen. Mittel- und langfristiges Ziel ist die Operation und Exploration im Weltall effizient und kostengünstig zu gestalten sowie die dabei entstehenden Robotertechnologien auf terrestrische Anwendungen zu übertragen.

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Organisationsstruktur

Die Organisationsstruktur des Robotik und Mechatronik Zentrum (RMC) bildet eine Matrix, definiert durch die Überscheidungen zwischen den Abteilungen und Querschnittsthemen. Diese Themen definieren die langfristige Forschungsthemen des Instituts:

institute matrix

Querschnittsthemen

Raumfahrtrobotik

Die Raumfahrt ist die Triebfeder für die Entwicklung fortgeschrittener Robotersystem im RMC. Roboter werden bei der Erforschung und Eroberung des Weltraums eine entscheidende Rolle spielen, da sie sich besser an die extremen Bedingungen im freien All und auf fremden Himmelskörpern anpassen und somit ein Wegbereiter für den Aufbau von robotischen Au-ßenposten und die bemannte interplanetare Raumfahrt sind. Das Robotik und Mechatronik Zentrum (RMC) hat insbesondere im Bereich der erdnahen Anwendungen eine lange Historie mit großen Erfolgen, wie ROTEX (1993), GETEX (1998) oder ROKVISS (2003-2010), und derzeit weltweit die meiste Erfahrung auf diesem Gebiet.

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Terrestrische Assistenzrobotik

Die am Institut entwickelten hochintegrierten terrestrischen Assistenzsysteme sind darauf ausgerichtet, eine semiautonome Kooperation mit dem Menschen zu ermöglichen. Diese Prinzipien, bei denen „Soft Robotics“, also das nachgiebige und sichere Verhalten eines Robotersystems, im Vordergrund stehen, sind für die physische Interaktion zwischen Mensch und Roboter notwendig. Sie sind auch von zentraler Bedeutung für Arbeiten zur Bionik und Prothetik auf dem Weg zum humanoiden, ferngesteuerten Robonauten. Neuartige, ggf. zweiarmige mobile Produktionsassistenten in der Fabrik sollen beitragen, verlorengegangene Produktionsprozesse nach Europa zurückzuholen und „Personal Assistants“ für den „Elderly Care“ Einsatz werden angesichts der Überalterung unserer Gesellschaft vermutlich sogar zu einem Schlüsselthema der Zukunft.

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Medizinische Assistenzsysteme

Im abteilungsübergreifenden Themengebiet Medizinische Assistenzsysteme werden Erkenntnisse aus der Raumfahrt- und Servicerobotik in den Bereich der Medizin übertragen und neu interpretiert. Kerntechnologien wie effiziente Antriebe, Mechatronik, Telerobotik, Sensorik und Planungssysteme haben sowohl Relevanz in der Raumfahrt wie auch in Systemen für die Medizin. Diese Technologien werden in den beiden Schwerpunkten Medizinrobotik und aktive Implantate erforscht und weiterentwickelt.

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Flugrobotik

Im Forschungsbereich Flugroboter wird an der Verwendung und Weiterentwicklung robotischer Technologien für verschiedene Flugplattformen – Multikopter, Hubschrauber, Flugzeuge sowie Luftschiffe – gearbeitet. Das Spektrum der Arbeiten erstreckt sich von Low-Level-Regelung und Sensordatenverarbeitung bis zur Missionsplanung und –ausführung. Dabei werden allgemeine Problemstellungen aus dem Bereich autonome Systeme bezogen auf dieFlugroboter und im Hinblick auf die ausgewählten Anwendungen betrachtet.

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Robotersysteme

Systemdynamik und Regelungstechnik

Optische Informationssysteme

Institutsbericht 2009 (7,95 MB)

Booklet Automatica 2010 (0,68 MB)