Das Gesicht der Zukunft
Der Traum vom künstlichen Menschen ist schon sehr alt. Moderne Technik kann heute diesen Traum als menschenähnlichen Roboter realisieren. Auch wenn noch erhebliche Entwicklungsarbeit nötig ist, ein Projekt beginnt immer mit den ersten Schritten und für die ersten Schritte auf diesem Gebiet bietet ein humanoid geformter, autonom arbeitender Service-Roboter schon eine Vielfalt an Leistungen. Hauptproblem neben dem Zusammenspiel vieler Komponenten ist die Energieversorgung und der Platzbedarf der Einzelteile. Zur Lösung dieser beiden Hauptschwierigkeiten bieten sich Kleinstantriebe an. Ihre große Leistungsdichte bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad und minimalem Platzbedarf verbessert das Leistungsgewicht und erlaubt längere Betriebszeiten, ohne die Akkus nachladen zu müssen.
Je menschenähnlicher ein Roboter ausfallen soll, um so komplexer ist der dazu nötige mechatronische Aufwand. Gerade für Bereiche, in denen „menschliche Umgangsformen“ erwünscht sind, wie bei Service-Aufgaben, Informationsausgaben z. B. in Museen, Flughäfen oder auch in Krankenhäusern ist daher aufwändige Technik für den Roboterbau Pflicht. Die Pal Robotics S.L. aus Barcelona befasst sich seit Jahren mit dem Bau von humanoiden Robotern für spezielle Einsatzzwecke. Nonverbale Kommunikation, oder anders ausgedrückt die Körpersprache spielt auch bei humanoiden Roboterkörpern eine wichtige Rolle für die Akzeptanz dieser Maschinen. Um trotz der hohen Anforderungen möglichst viele Funktionen in dem vorgegebenen Körper unterbringen zu können, arbeiten die Roboterexperten mit dem Kleinantriebsspezialisten FAULHABER aus Schönaich zusammen. So entstand ein Robotertyp, der durchaus schon menschliche Züge aufweist und per „Körpersprache“ gewisse Aussagen unterstreichen kann.
Praxistauglicher Service-Roboter.
Humanoide Roboter, die im Alltag eine Aufgabe übernehmen sollen, müssen gewissen Randbedingungen genügen. Die Roboterentwickler wollten die Bereiche Informationsausgabe und kleinere Transportaufgaben sowie Service-Handlungen in den neuen REEM-Roboter integrieren. Daraus ergab sich dann die Größe von 1,65 m, um mit Menschen auf „Augenhöhe“ kommunizieren zu können. Das Gewicht durfte auch nicht zu hoch ausfallen, andererseits war ein tiefer Schwerpunkt gefragt und Stauraum für die nötigen Akkus. Das aktuelle Gewicht liegt momentan bei rund 90 kg, das reicht für einen Akkusatz, der einen achtstündigen autonomen Betrieb erlaubt. Zusätzlich zum Eigengewicht kann die Servicemaschine bis zu 30 kg Nutzlast auf ihrer unteren Ladeplattform befördern. Die beiden Arme können jeweils bis zu 3 kg unabhängig voneinander bewegen. Für eine effektive Fortbewegung sorgen in diesem Fall Räder, die in der Roboterbasis untergebracht sind. So sind einerseits geringster Stromverbrauch und hohe Laufruhe gegeben, andererseits ist das Konzept für den geplanten Einsatzbereich mit bis zu 4 km/h ausreichend mobil.
Neben einem Touchpanel für die unterschiedlichsten programmierbaren Anwendungen ist der REEM mit Mikrofon, Stereo-Kamera, Laser- und Ultraschallsensoren sowie Beschleunigungssensoren und Gyroskopen ausgestattet. Damit kann der Roboter seine aktuelle Lage im Raum erkennen, autonom im Aufgabenbereich unterwegs sein und plötzlich auftauchenden Hindernissen oder kreuzenden Menschen ausweichen.
Für die nötige Ausdrucksstärke sorgen zwei DC-Kleinstantriebe in Nacken und Taille des Roboteroberkörpers. Durch die kleine Bauform sind die Antriebe auch an diesen beiden „Einschnürungen“ des Körpers ohne Probleme einsetzbar. Kopf und Torso können durch die kleinen Aktoren unabhängig voneinander bewegt werden und unterschiedliche Haltungen einnehmen. Das erlaubt dem Roboter passend zur jeweiligen Situation per Körpersprache menschliche Züge nachzuahmen.
Kleinstantriebe bieten Flexibilität.
Kleine Antriebe sind nicht einfach Abbilder größerer Motoren, sie bieten aus physikalischen Gründen oft mehr Dynamik, Leistung oder einen höheren Wirkungsgrad, als es die einfache Verkleinerung erwarten lässt. In der Praxis sind so kurzzeitig sehr hohe Überlastleistungen möglich ohne Einfluss auf die Lebensdauer. Das macht sich gerade bei den eher seltenen und dann kurzzeitigen Aktionen für die Gestik besonders vorteilhaft bemerkbar. Neben diesen für alle Kleinstmotoren geltenden Eigenschaften bieten die unterschiedlichen Varianten dann je nach Einsatzzweck weitere Vorzüge. Schrittmotoren können dank definierter Schrittweite je Ansteuerimpuls präzise positionieren ohne zusätzlichen Encoder. Bürstenkommutierte Antriebe laufen schon bei geringsten Versorgungsspannungen an, ideal für autonome, akkugestützte Systeme, die auch bei abfallender Spannung nicht gleich versagen dürfen. Für lange Laufzeiten und höchste Dynamik sind elektronisch kommutierte DC-Motoren die Wahl. Intelligente Motion Controller können dabei den Antrieb im Vier-Quadranten-Betrieb ansteuern und die eigentliche Robotersteuerung entlasten. Durch unterschiedliche Getriebekombinationen lassen sich alle Winzlinge auf eine anwendungsgerechte Drehzahl bzw. das gewünschte Abtriebsdrehmoment einstellen. Dass die Kleinstmotoren höchste Anforderungen nicht nur für den menschlichen Roboterbau erfüllen, zeigt auch die Tatsache, dass sie schon seit längerer Zeit auch in „robotisierten Hilfsmitteln“ für Menschen wie z. B. motorisch unterstützten Hand- und Bein-Prothesen eingesetzt werden.
Der Einsatzbereich moderner Kleinstantriebe ist vielfältig, je nach Anwendung gibt es die unterschiedlichsten Ausführungen. Das allein bietet aber noch keine Gewähr für einen universellen Einsatz in jedem Fall. Hier kommt der Systemgedanke ins Spiel. Erst das umfangreiche Zubehör aus Ansteuerungsmodulen wie Motion Controllern, Encodern, Busanbindungen, unterschiedlichen Vorsatzgetrieben und nicht zuletzt einer abgestimmten, flexiblen Betriebselektronik machen die Kleinstantriebe zum idealen mechanischen Muskel in der Roboterherstellung.
