Experimentelles Zwei-Arm-System (2006)
Die Entwicklung Humanoider Roboter hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Dabei sind beeindruckende laufende Robotersysteme entstanden. Die Manipulationsfähigkeiten dieser Roboter sind allerdings meist noch recht bescheiden.
Zielsetzung der Entwicklung war es, einen menschenähnlichen Oberkörper mit zwei Armen und Händen zu schaffen, mit dessen Hilfe Programmier- und Regelungskonzepte für die beidhändige Manipulation getestet werden können.
Entwicklung aus modularen DLR Leichtbaurobotern und Händen
Beim Aufbau des Systems konnte auf Vorarbeiten des Instituts, den DLR Leichtbauroboter (LBR) und die DLR Hand, zurückgegriffen werden. Der neu entwickelte und auf LBR Technologie aufbauende Torso vergrößert den durch die Arme vermittelten Greifraum der Roboterhände, ähnlich wie der Mensch seinen Arbeitsraum durch Bein- und Rumpfbewegungen vergrößert.
Durch den modularen Aufbau des LBR ist es möglich, einen menschenähnlichen linken und einen rechten Arm zu konfigurieren.
Modulare Steuerungsarchitektur
Beidhändige Manipulation kann regelungstechnisch auf verschiedene Arten behandelt werden. Beim Greifen einer großen Kiste beispielsweise kann ein Arm als Master fungieren, während der andere lediglich der Bewegung folgt. Ein intuitiverer, am DLR verfolgter Ansatz beschreibt die gewünschte Bewegung der Kiste. Die Arme sind über virtuelle Federn an die Kiste gebunden.
Um die verschiedenen Ansätze trotz der hohen Komplexität des Gesamtsystems einfach und flexibel testen zu können, wurde am Institut eine neue Softwarearchitektur, das aRD-Konzept ("agile Robot Development"), entwickelt. Bei diesem Konzept ist die klassische, meist monolithisch angelegte Steuerung in ein feingranulares Netz miteinander kommunizierender Module aufgelöst. Die einzelnen Module können verteilt auf mehreren Prozessoren und sogar über Rechnergrenzen hinweg unter den Bedingungen harter Echtzeit ausgeführt werden.
Die Implementierung besteht aus einer sehr klein gehaltenen Sammlung von Bibliotheken und Konfigurationswerkzeugen und erlaubt das einfache Einbinden von verschiedenen Standardwerkzeugen, wie zum Beispiel Matlab / Simulink für den Reglerentwurf.
Aufbau Gesamtsystem
Das Gesamtsystem setzt sich aus 2 Armen mit je 7 Freiheitsgraden (Degrees of Freedom, DOF), 2 Händen mit je 12+1 DOF, einer PanTilt Einheit für den Kopf mit 2 DOF und einem Torso mit 3 DOF sowie einem passiv gekoppelten Gelenk zusammen. Damit besitzt das System insgesamt 43 regelbare Freiheitsgrade.
Zusätzlich zu den Momentensensoren in jedem regelbaren Gelenk sind in Handgelenke und Fingerspitzen jeweils 6 DOF Momentensensoren eingebaut.
Perzeption mit 3D-Sensorik
Neben der taktilen Wahrnehmung spielt die visuelle Wahrnehmung eine wichtige Rolle bei der Manipulation. Idealerweise lässt sich die Lage eines beliebigen Objekts schätzen oder sogar dessen 3D Geometrie rekonstruieren. Zu diesem Zweck ist der multisensorielle 3D-Modellierer des DLR (3DMo) auf dem System integriert.