Automatica 2008

DLR's Justin hat sich geändert: er ist jetzt mobil!

Eine grundlegende Voraussetzung für den zukünftigen Einsatz von Robotersystemen im Haushalt oder als Unterstützung von Astronauten im Weltraum ist die Beherrschung von komplexen Manipulationsaufgaben. Die internationale Robotikforschung beschäftigt sich daher zunehmend mit der Entwicklung von robusten Regelungsstrategien und intelligenten Handlungsplanungen für die beidhändige Manipulation.

Der mobile Justin mit seinen beiden nachgiebig regelbaren Leichtbauroboterarmen und den beiden vier Fingerhänden stellt für diese Forschungen eine ideale Experimentierplattform dar. Die neu entwickelte mobile Plattform ermöglicht den weiträumigen, autonomen Betrieb des Systems. Die ein- und ausfahrbaren gefederten Räder sind speziell auf die Anforderungen des Oberkörpers angepasst. PMD Sensoren und Kameras erfassen die Roboterumgebung in 3D und erlauben Justin so, selbständig vorgegebene Aufgaben zu erfüllen.

Ein typisches Anwendungsgebiet für die Telerobotik ist die Wartung von technischen Anlagen in schwer zugänglichen oder gefährlichen Orten (z.B. Weltraum oder kerntechnische Anlagen). Diese Fernwartung wird exemplarisch im Zusammenspiel mit dem mobilen Humanoiden Justin gezeigt.

Das Arbeiten in der virtuellen Welt wird anhand einer Einbaumontagesimulation präsentiert. Durch den Einsatz der immersiven Mensch-System Schnittstelle können Montagen in digitalen Modellen verifiziert werden, noch bevor erste Prototypen gebaut sind. Bei komplexen Systemen, wie beispielsweise bei Automobilen oder Flugzeugen, werden dadurch Entwicklungszyklen stark verkürzt, Kosten reduziert und die Wart- und Montierbarkeit verbessert.

Bild- und kraftgestütztes Fügen

Automatisierte Fügeprozesse erfordern gewöhnlich eine hohe Präzision bei der Teilezuführung und eine gute Positioniergenauigkeit der Roboter. Der DLR Leichtbauroboter erlaubt eine völlig neue Herangehensweise für anspruchsvolle Aufgaben in der industriellen Fertigung. Jedes Gelenk ist zusätzlich zu den Positionssensoren mit Momentensensoren ausgestattet und erlaubt somit einen positions-, geschwindigkeits- und kraftgeregelten Betrieb. Dadurch kann nachgiebiges Verhalten, d.h. der Zusammenhang zwischen Positionsabweichung und externer Kraft, für jeden Abschnitt der Trajektorie beliebig definiert werden.

Durch Kombination dieser Nachgiebigkeit mit einem Bildverarbeitungssystem und einer optimierten Fügeplanung können Montageaufgaben effizient gelöst werden. Die Bildverarbeitung erkennt die Objekte und bewegt den Roboter zu einer vordefinierten relativen Position, während die Gelenk-Momentensensoren lokale Informationen über den Kontakt liefern. Robuste Fügetrajektorien werden offline anhand der Geometrie der zusammenzufügenden Teile erstellt. Die Planung optimiert dabei die Trajektorien und Nachgiebigkeitsparameter so, dass die Robustheit des Fügeprozesses maximiert wird.

Insgesamt 15 Motoren sind in den Fingern und in der Handwurzel integriert. Die Antriebe sind flache, kommerziell verfügbare, bürstenlose Gleich­strom­motoren mit digitalen Hall-Sensoren als Kommutierungssensoren.

Jedes Gelenk ist mit einem absolut messenden Winkelsensor und einem DMS-basierten Drehmomentsensor ausgestattet. Ein echtzeitfähiger Hoch­ge­schwindig­keitsbus wurde mit Hilfe von FPGAs implementiert.

Die 5-Finger-DLR-HIT-Hand II ist eine Weiterentwicklung der DLR-HIT-Hand I, welche derzeit in Forschungs­instituten in den USA, Spanien, Italien, Griechenland, Deutschland und China eingesetzt.

Ende 2006 wurde die DLR-HIT-Hand I mit dem iF-Design-Award 2007 ausgezeichnet und erhielt den 1. Preis des EURON Technology Transfer Award 2007 für die erfolgreiche, internationale Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie.

• Szenario: Am DLR wurde der mit feinfühliger Drehmomentsenensorik ausgestattete Leichtbauroboter III mit Hinblick auf direkte Mensch-Roboter Interaktion entwickelt. Der neue KUKA Leichtbauroboter ist das direkte Resultat eines engen Technologietransfers des DLR Leichtbauroboters III zum Roboterhersteller KUKA Roboter GmbH. Um unser Gesamtkonzept vorzustellen, wurde ein Co-Worker Szenario entwickelt und untersucht.
• Crashtests: Standardisierte Crashtests zeigen die Grundlagen unserer Arbeiten, die zum Ziel haben, eine Basis für die Klassifikation, Standardisierung und Evaluierung von Verletzungen in der Mensch-Roboter Interaktion zu erarbeiten.
• Kollisionsdetektion und -reaktion: Der Leichtbauroboter ist mit einer schnellen und zuverlässigen Kollisionsdetektion und –reaktion ausgestattet. Der Roboter ist damit sogar in der Lage Verletzungen durch scharfe Werkzeuge zu verhindern.
• “Sicherheit fühlen”: Benutzerinteraktion ist ein integraler Bestandteil dieses Exponats, das dem Besucher die Möglichkeit gibt, zu erfahren wie der Roboter Kollisionen erkennt und wie sicher und empfindlich er auf diese reagiert.

Virtuelles Bayern

Das DLR enwickelt Technologien zur dreidimensionalen Erfassung realer Objekte und ihrer räumlichen Darstellung für wissenschaftliche und nichtwisschenschaftliche Anwendungen.

So werden mit der für die planetare Erkundung entwickelten Kamera HRSC hochauflösende Bilder sowohl von der Mars- als auch von der Erdoberfläche gewonnen, die mit neuartigen Methoden zu hochgenauen und volltexturierten 2.5D-Oberflächenmodellen in einer Auflösung von bis zu 15 cm verarbeitet werden.

Räumliche Darstellungen dieser Landschaften werden mit einem autostereoskopischen Display (Leihgabe Fa. SpatialView, Dresden) und unter Berücksichtigung optimal abgestimmter stereoskopischer Parameter erzeugt.

Hierbei erlaubt ein neu entwickelter, videooptischer Eyetracker schritthaltend eine präzise Nachführung der stereoskopischen Darstellung für die kontinuierliche, räumliche Wahrnehmung bei veränderlicher Betrachterposition.

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