Automatica 2012

Humanoide Gehmaschine

Hand Arm System

Agile Justin ist ein neues, auf flinke Ganzkörperbewegungen hin optimiertes Mitglied der auf DLR-Leichtbautechnologie basierenden Familie von humanoiden Robotern. Alle seine 51 Freiheitsgrade – vom Rad bis zu den Fingerspitzen – können zeitlich präzise auf Drehmomentebene ngesteuert werden. In Kombination mit einem schnellen Bewegungsplaner und dem engen Zusammenspiel aller Komponenten durch eine neue Version der echtzeitfähigen Software-Middleware aRD kann Agile Justin feinabgestimmte komplexe Bewegungsabläufe ausführen. Diese Fähigkeiten zeigt er beispielhaft beim Fangen und wieder Zurückwerfen von Bällen. Ein Vorläufer des Systems wurde bereits mit der Nominierung für den ICRA Best Video Award 2011 ausgezeichnet.

Ausgehend von der Forschung mit teleoperierten Raumfahrtrobotern wird ein industrienahes Szenario für Inspektion, Wartung und Reparatur in gefährlichen oder für den Menschen schwer zugänglichen Industrieanlagen präsentiert. Die multimodale (Sehen, Hören, Fühlen) Mensch-System Schnittstelle erlaubt es einem Operator aus sicherer Entfernung,intuitiv einen Roboter fernzusteuern und dessen Sensorsignale wahrzunehmen. Herausragend, neben dem dreidimensionalen Bild, ist die beidhändige Kraftrückkopplung, mit welcher der Bediener die Interaktionskräfte so spüren kann, als würde er an Stelle des Roboters die Aufgaben vor Ort selbst durchführen. Damit kann der Operator, wie bereits in Weltraumexperimenten erfolgreich gezeigt, komplexe Aufgaben in der entfernten Umgebung ausführen. Der Teleoperator ist der humanoide Oberkörper SpaceJustin des DLR, ausgestattet mit 47 Bewegungsfreiheitsgraden sowie Kraft- und Bildsensorik. Mit seinen Händen kann er alltägliche Bauteile und Werkzeuge greifen und bedienen. Seine teilautonomen Zusatzfunktionen, wie automatische Szenenanalyse oder die Wiederholung von Handhabungen unterstützt der Roboter den Menschen bei der Durchführung seiner Aufgaben.

Das Zentrum für Leichtbauproduktion (ZLP) des DLR in Augsburg baut im Industrie- und Wissenschaftsumfeld der Aerospace Area Augsburg gezielt das Forschungsfeld Produktionstechnologie für CFK-Leichtbaustrukturen auf. Mit den resultierenden wissenschaftlichen Kompetenzen leistet das ZLP als Partner der Industrie einen essentiellen Beitrag zum Ausbau der Wertschöpfung im Bereich der CFK-Primärstrukturen. Im ZLP wird eine Technikumsanlage aufgebaut, die der Erforschung und Weiterentwicklung von vollautomatischen Fertigungsprozessen und Erprobung von Endeffektoren im Bereich der Faserverbundtechnik dient. Für die Entwicklung modellbasierter Bahnplanungsalgorithmen und die systemdynamische Analyse von Positioniergenauigkeit und Schwingungsverhalten der Technikumsanlage im hochdynamischen und kooperativen Betrieb wurde ein systemdynamisches Gesamtmodell bestehend aus allen relevanten Teilsystemen entwickelt.

Im Auftrag der ESA entwickelte das DLR eine raumfahrqualifizierbare 4-Fingerhand, die zukünftig Astronauten bei ihren Arbeiten im freien Weltraum unterstützen soll. Die geforderte Leistung bezüglich Greifkraft und Bewegungsgeschwindigkeit sowie die geforderte kleine Baugröße stellen eine besondere Herausforderung an das Design und das Thermalsystem der Hand dar. Die Hand kann im Automatikbetrieb und über einen Datenhandschuh mit Kraftrückmeldung betrieben werden

Durch den Einsatz von Kraft-/Momentensensoren wie den FTS-100 kann ein Roboter feinfühliger seine Aufgaben beim Montieren, Kleben, Schleifen oder Polieren ausführen. Der FTS-100 Sensor basiert auf einen monolithischen Stahlmesskörper („aus einem Stück gefertigt“), der nach einer patentierten Anordnung mit Dehnungsmessstreifen (DMS) beklebt ist. Der Stahlmesskörper erlaubt die Messung von Kräften (Fx,Fy,Fz bis 800N) und Momenten (Mx,My,Mz bis 80Nm) mit hoher Genauigkeit. Die analoge und digitale Signalverarbeitung der Messwerte erfolgt auf zwei getrennten Elektronikplatinen, die vollständig im Sensor untergebracht sind. Ein Standard Netzwerkkabel (PoE – Power over EtherCAT) versorgt die interne Elektronik (netX50 Prozessor) und gewährleistet die echtzeitfähige EtherCAT Kommunikation. Die Messdatenauswertung ist mit einer maximalen Frequenz von 5 kHz möglich. Durch die kompakte Bauform, lässt sich der komplette Sensor in einem Zylinder mit einem Durchmesser von 101mm und einer Höhe von 40mm, bei einem Gewicht von 1.3kg, unterbringen.

IPS (Integriertes Positionierungssystem) ist ein System zur Positions- und Lagemessung in unbekannter Umgebung (Innen- und Außenbereich). Es basiert auf einem Multisensoransatz, der es gestattet, die sechs Freiheitsgrade der Eigenbewegung eines Objektes robust und zuverlässig zu erfassen und bereitzustellen. Die Daten der unterschiedlichen Sensoren werden zeitlich referenziert und von einem integrierten Rechner in Echtzeit weiterverarbeitet. Bei Verfügbarkeit wird das System über GNSS gestützt. Das ermöglicht die Einbettung der lokalen Navigationslösung in ein globales räumliches und zeitliches Referenzsystem.

Die Benutzung von Roboterassistenzsystemen durch querschnittsgelähmte Patienten (siehe auch www.brml.de) wird mit Hilfe von neuen DLR-Technologien ermöglicht. In einem einzigartigen Experiment hat das DLR, in einer Kooperation mit Partnern in den USA, einer Patientin ermöglicht einen DLR-Leichtbauroboter mit Gedanken zu steuern, um beispielsweise selber wieder trinken zu können. Unsere neuartigen Lernmethoden setzen wir auch für robotergestützte Rehabilitation ein: gezeigt wird wie die Messung von Muskelaktivitäten ausreicht einen Roboter samt Hand zu steuern, um hochgenau und agil bewegen und greifen zu können.

Auf Basis der DLR-Hand II haben Wissenschaftler des DLR und des Harbin Institute of Technology (HIT) gemeinsam eine multisensorielle Roboterhand entwickelt. Die hier vorgestellte DLR-HIT-Hand ist eine Weiterentwicklung der DLR-Hand II, welche weltweit anerkannt und in technischer Hinsicht führend ist. Die jetzt kommerziell verfügbare DLR-HIT Fünf-Finger-Hand stellt eine viel versprechende Basis für zukünftige multisensorielle Roboterhände dar.

Das junge und innovative Unternehmen RoboDrive vertreibt und entwickelt Leichtbau-Torque-Servo-Motoren für verschiedenste Anwendungen. Die Antriebe stammen ursprünglich aus der Leichtbau-Roboter-Entwicklung des RMC und sind deshalb insbesondere für Anwendungen geeignet, bei der hohe Leistungsdichte gepaart mit äußerster Präzision und Dynamik von Nöten sind.

Die Firma SENSODRIVE GmbH ist ein Spinoff-Unternehmen aus dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. SENSODRIVE hat sich zum Ziel gesetzt, die neuesten Entwicklungen der Antriebstechnik in Produkte umzusetzen. Eigene und kundenspezifische Produkte, entwickelt mit den modernsten Methoden des Concurrent engineering und dem Weitblick der Mechatronik, sind die Spezialität der Firma. Als Systemlieferant mit höchstem Anspruch an Innovation und Qualität zählen Hersteller aus den Bereichen Raumfahrt, Medizintechnik, Simulatortechnik bis zur Fahrzeugtechnik zu den Kunden.