Institutsdirektor: Prof. Dr. Alin Albu-Schäffer
Das Institut entwickelt Roboter, die es den Menschen ermöglichen, wirkungsvoller, effizient und sicherer mit der Umwelt zu interagieren. Die Roboter sollen in Umgebungen wirken, die für Menschen unzugänglich oder gefährlich sind, den Menschen aber auch während der Arbeit und im alltäglichen Leben unterstützen und entlasten.
Unsere Roboter reproduzieren und erweitern auf funktionaler Ebene Manipulations- und Fortbewegungsfähigkeiten des Menschen. Allgemeiner verstanden, führen unsere Roboter jegliche Aufgaben der Fortbewegung und Interaktion mit der Umwelt in einer möglichst autonomen Art und Weise aus. Zentral ist dabei die Mensch-Roboter-Interaktion, die sowohl auf physischer als auch auf kognitiver Ebene abläuft.
Mit Platz für insgesamt 300 Mitarbeiter und 80 Studenden soll das 2015 bezogene Gebäude eine enge Zusammenarbeit des Instituts für Robotik und Mechatronik und des Instituts für Systemdynamik und Regelungstechnik unter dem Verband des RMC ermöglichen.
Quelle: DLR (CC BY-NC-ND 3.0).
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Kraftreflektierender Joystick für den Einsatz in der Internationalen Raumstation ISS – entwickelt im Rahmen von Kontur-2. Astronauten können von der Raumstation aus Roboter auf der Erde fernsteuern und spüren dabei die resultierenden Interaktionskräfte des Roboters am Boden. Dies ermöglicht eine feinfühlige Manipulation trotz großer Entfernungen.
Quelle: DLR/Simon Schätzle (CC-BY 3.0).
Der OOS-SIM (On-Orbit Servicing SIMulator) ist ein Simulator für Montage-, Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten an Satelliten, die sich in einer Umlaufbahn um die Erde befinden. Mit ihm kann die Mehrkörperdynamik eines schwerelos im Orbit treibenden Roboters nachgebildet und Regelungsmethoden für derartige Systeme getestet werden.
Quelle: DLR (CC-BY 3.0).
Das haptisches Interaktionsgerät HUG stellt auftretende Kräfte möglichst realistisch an den Menschen dar – eine Anforderung aus den Bereichen der Telemanipulation und der Interaktion mit komplexen virtuellen Welten, insbesondere bei der Telerobotik mit SpaceJustin, bei Montagesimulationen in der virtuellen Welt, bei der Rehabilitation und beim Training von Astronauten und Mechanikern.
Die Flexibilität in der Produktion kann durch den Einsatz von kognitiver und lernender Robotersysteme deutlich verbessert werden. Derartige Systeme ermöglichen die Automatisierung individueller Einzelanfertigungen sowie die natürliche Interaktion mit Menschen in gemeinsamen Arbeitsbereichen. Das Bild zeigt ein System mit zwei Leichtbauroboterarmen für die automatische und flexible Montage von komplexen Aluminiumkonstruktionen, das innerhalb des EU-Projekts SMErobotics entwickelt wurde.
Programmierung durch Vormachen
Das Forschungsfeld Flugrobotik vereint mehrere Bereiche des DLR Robotik und Mechatronik Zentrums - Luftfahrt, Raumfahrt, Robotik und Optische Informations - und nutzt so Synergien in der Entwicklung robotischer Technologien für autonome, fliegende Plattformen. Das Spektrum unsere Arbeit reicht von Regelung und Sensordatenverarbeitung bis zur Missionsplanung und -ausführung.
In großen Höhen operierende Flächenflugzeuge (engl. High-Altitude Platforms, HAPS) könnten in der nahen Zukunft Anwendungsfelder erschließen, die zur Zeit noch von Satelliten abgedeckt werden. Mögliche Anwendungen reichen von der Errichtung von Kommunikationsnetzen zur Langzeitaufzeichnung von Wetter- und Umweltdaten. Die DLR Flugroboter-Gruppe arbeitet in enger Kooperation mit der Elektra UAS GmbH und SolarXplorers SA (Solarstratos Projekt) an hocheffizienten Antrieben, Avionik-Komponenten, sowie Nutzlasten und Autonomiefunktionen für autonome und optional pilotierte Plattformen und Missionen.
Quelle: SolarXplorers SA (www.solarstratos.com).
Ardea auf dem Vulkan Ätna während der ROBEX-Test-Kampagne 2017
Der LRU (Lightweight Rover Unit) ist der Prototyp eines teilautonomen Roboters zur Exploration von Mond oder Mars. Er kombiniert eine Vielzahl modernster Technologien, die am Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt wurden, wie z.B. die Antriebs- und Lenkeinheiten, deren Motoren schon im ROKVISS-Experiment fünf Jahre lang auf der ISS ihre Weltraumtauglichkeit unter Beweis stellen konnten.
Der humanoide Roboter Rollin' Justin ist eine Forschungsplattform für autonome mobile Manipulation. In der Zukunft sollen solche Roboter für Haushaltsanwendungen sowie in der Raumfahrt eingesetzt werden.
Die Arbeiten rund um Rollin' Justin umfassen die Untersuchung nachgiebiger Ganzkörperbewegungen und deren Effekte auf die Umgebung. Konkret werden dazu alltägliche Haushaltsaufgaben wie Fenster wischen, Kehren oder Staubsaugen untersucht.
Der anthropomorphe Roboter David besitzt Gelenke mit variablen Steifigkeitsaktoren (VSA), welche eine mechanisch verstellbare Flexibilität im Antriebsstrang aufweisen. Mit diesem Roboter wollen wir den menschlichen Eigenschaften im Hinblick auf Größe, Gewicht und Leistungsfähigkeit nahekommen. Bei der mechatronischen Entwicklung wurde insbesondere Wert auf Robustheit, hohe Dynamik und Geschicklichkeit gelegt.
Um die Vorteile nachgiebiger Robotersysteme maximal auszunutzen, werden diese oftmals so designt, dass die Dämpfung und Reibung parallel zu den Federn vernachlässigbar sind. Dadurch tritt eine ungewünschte, systeminhärente Schwingungsdynamik auf. Aktive Dämpfungsregelung, basierend auf Zustandsregelung, erlaubt es uns, das Konvergenzverhalten des Roboter-Systems gemäß unseren Wünschen einzustellen.
Das DLR MiroSurge System für minimal invasive Chirurgie: Zwei Roboterarme tragen robotische DLR MICA Instrumente, der dritte Arm das Endoskop (schwarz). Dank ihres geringen Gewichts können die MIROs direkt an den Seitenschienen des OP-Tisches befestigt werden.
Quelle: DLR/Alexandra Beier.
Das MiroSurge System ist vielseitig einsetzbar: Basierend auf dem Roboterarm MIRO wurde ein System für die robotische Wundauswaschung mittels Wasserstrahl entwickelt. Zu diesem Zweck wurde ein robotisches Instrument mit einem integrierten Wasserstrahlapplikator konstruiert, welches der Chirurg an den Roboterarm MIRO anbringen kann. Das Bild zeigt einen Test der Wundauswaschung mittels Wasserstrahl am Silikonphantom.
Das Institut ist in folgende Abteilungen aufgeteilt:
Das Institut adressiert die gesamte Entwicklungskette in der Robotik. Insbesondere beschäftigen wir uns mit der Systemanalyse und -entwurf, der mechanischen Konstruktion, der Entwicklung von Elektronik (Sensorik, Aktorik, Daten- und Recheninfrastruktur), sowie der Regelung und dynamische Simulation. Darüber hinaus entwickeln wir Perzeption und Kognition, Planung und Ausführung von Aktionen, und arbeiten zu den Themen Maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz und der Anwendungsentwicklung.
Zur Entwicklung unserer Roboterkonzepte beteiligen wir uns an der Erforschung der Prinzipien, auf denen die effiziente Interaktion von Lebewesen, insbesondere von Menschen, mit der Umwelt beruht. Dies bezieht sich sowohl auf die biomechanischen Prinzipien, als auch auf die gesamte Perzeption-Aktionskette.
Anwendungsbereiche
Entwickelt werden derzeit einerseits hoch autonome Robotersysteme, insbesondere für die Erkundung ferner Planeten, Monde und anderer Himmelskörper, die aufgrund ihrer Entfernung oder der lebensfeindlichen Bedingungen für Menschen in naher Zukunft nicht zugänglich sein werden. Andererseits setzt das Institut für Aufgaben im erdnahen Orbit sowohl auf Autonomie als auch auf Methoden der Telepräsenz und Mensch-Roboterkooperation. Über die Raumfahrt hinaus, haben die robotischen Technologien direkte Anwendung in den DLR-Schwerpunkten Luftfahrt und Verkehr, aber auch gleichermaßen in der Medizintechnik, der Fabrik der Zukunft und Industrie 4.0, der Katastrophenhilfe, bis hin zur persönlichen robotischen Assistenz.
Der wechselseitige Technologietransfer zwischen den terrestrischen und den raumfahrtbezogenen Anwendungen ist eine besondere Stärke unseres Instituts.
Durch die Erhöhung der Produktivität trägt die Roboterforschung zur Stärkung des Wirtschaftsstandortes Deutschland und zur Wohlstandssicherung bei und adressiert zentrale Fragen der Arbeitskrafterhaltung und Gesundheit in der alternden Gesellschaft.