Humanoide servicerobots

Hoe menselijker een robot moet zijn, hoe meer mechatronische engineering erin moet zitten. Vooral waar "menselijk sociaal gedrag" vereist is, bijvoorbeeld in dienstverlenende functies of het geven van informatie op plaatsen zoals musea, luchthavens of ziekenhuizen, is geavanceerde technologie voor de bouw van robots een must. Het in Barcelona gevestigde bedrijf Pal Robotics S.L. werkt al jaren aan humanoïde robots voor speciale toepassingen. Om deze geaccepteerd te krijgen, is het van belang dat de non-verbale communicatie, oftewel de lichaamstaal, goed ontwikkeld is. Om zoveel mogelijk functies in het voorgedefinieerde robotlichaam op te nemen, werkten de robotica-experts samen met de speicalisten in micro-aandrijvingen uit Schönaich: FAULHABER. Het resultaat is een robotmodel dat duidelijk menselijke trekken vertoont en bepaalde uitspraken kan benadrukken door middel van "lichaamstaal".

Humanoïde robots die alledaagse taken moeten uitvoeren, moeten aan bepaalde voorwaarden voldoen. De ontwikkelaars wilden mogelijkheden zoals informatieoverdracht, klein transportwerk en servicetaken integreren in de nieuwe REEM-robots. Het resultaat is een robot met een lengte van 1,65 m - die dus ongeveer op ooghoogte met mensen kan communiceren. Het was ook belangrijk dat de robot niet te zwaar zou zijn, terwijl er tevens behoefte was aan een laag zwaartepunt en ruimte om de nodige batterijen kwijt te kunnen. Het huidige robotmodel weegt ongeveer 90 kg, waarvoor één set batterijen zorgdraagt voor acht uur autonome werking. Naast zijn onbeladen gewicht kan deze servicerobot ook tot 30 kg effectieve belasting in zijn onderste laadruimte dragen. De armen kunnen elk een gewicht tot 3 kg verplaatsen. In dit geval zorgen wielen in de basis van de robot voor een effectieve voortbeweging. Enerzijds zorgt dit voor een minimaal stroomverbruik en een rustige loop, anderzijds biedt het ontwerp voldoende mobiliteit voor de geplande snelheid tot 4 km/u.

Naast een aanraakscherm voor de verschillende programmeerbare toepassingen heeft de REEM ook een microfoon, stereocamera, laser- en ultrageluidsensoren, accelerometers en gyroscopen. Met deze apparatuur kan de robot zijn huidige positie in de ruimte bepalen, zich autonoom in zijn werkgebied bewegen en plotselinge obstakels of mensen die zijn pad kruisen vermijden. En twee micro-dc-motoren in de hals en het middel van de robot zorgen voor de nodige expressiviteit. Dankzij hun compacte afmetingen kunnen de aandrijvingen zelfs in deze twee krappe ruimtes gemakkelijk worden gebruikt. De kleine actuatoren kunnen het hoofd en het bovenlichaam onafhankelijk van elkaar bewegen, waardoor deze verschillende houdingen kunnen aannemen. Zo kan de robot menselijke trekken nabootsen met lichaamstaal die bij de situatie past.

Micro-aandrijvingen zijn meer dan kleine versies van grotere motoren. Door de schaalverkleining hebben ze vaak een betere dynamiek, een hoger rendement of een grotere efficiëntie dan je wellicht zou verwachten. In de praktijk betekent dit dat frequente zware belasting mogelijk is zonder dat dit ten koste gaat van de levensduur. Dit is vooral prettig als het gaat om het uitvoeren van de minder frequente, in tijd beperkte acties die nodig zijn om specifieke gebaren na te bootsen. Naast deze voor alle micromotoren kenmerkende eigenschappen bieden de verschillende modellen nog meer voordelen, afhankelijk van de toepassing. Stappenmotoren bieden een nauwkeurige positionering zonder extra encoders dankzij een gedefinieerde stapbreedte per stuurimpuls. Borstelloze DC-motoren draaien zelfs met minimale voedingsspanningen en zijn dus ideaal voor autonome, batterij-ondersteunde systemen die ontworpen zijn om niet direct uit te vallen bij een spanningsval. Elektronisch gecommuteerde DC-motoren zijn de beste optie voor een lange levensduur en maximale dynamiek. Intelligente motion controllers kunnen de aandrijving in vierkwadrantenbedrijf aansturen zodat de robotbediening minder wordt belast. Door middel van verschillende combinaties van aandrijfmotoren kunnen alle mini-apparaten worden ingesteld op een toepassingsspecifiek toerental of op het vereiste uitgangskoppel. Uit het feit dat micro-DC-motoren al lang in gebruik zijn in "gerobotiseerde" hulpmiddelen zoals motoraangedreven hand- en beenprotheses, blijkt dat ze aan de strengste eisen voldoen - niet alleen voor de menselijke robotica.

Het toepassingsbereik voor moderne micro-aandrijvingen is zeer gevarieerd, met een groot aantal ontwerpen afhankelijk van de toepassing. Maar dit is nog geen garantie voor universeel gebruik onder alle omstandigheden. Het lukt alleen als naar het hele systeem wordt gekeken. Het is het uitgebreide aanbod van accessoires, van besturingsmodules zoals motion controllers, encoders, busaansluitingen, diverse tandwielkasten en uiteindelijk de aangepaste, flexibele besturingselektronica, dat van micro-aandrijvingen de ideale mechanische "spier" in de robotproductie maakt.