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21.01.2014 | Robotik | Im Fokus | Onlineartikel

Federnden Schrittes in die Roboter-Zukunft

Autor:
Dieter Beste

Der humanoide Roboter COMAN ist derart mit Federmechanismen ausgerüstet, dass er seine Arme und Beine geschmeidig bewegen kann. Das Gleiche gilt für Gelenke in Brust, Bauch, Rücken und Becken.

Roboter integrieren sich langsam aber stetig in die Lebenswelt des Menschen. In der industriellen Fertigung längst unentbehrlich, erledigen moderne Robotersysteme zunehmend auch Dienstleistungsaufgaben. So entschärfen sie Bomben, überwachen Fabriken und saugen die Wohnung. Als hochpräzise Assistenten unterstützen sie Chirurgen bei heiklen und diffizilen Operationen. Und anstelle von Pflegern sollen autonome Roboter in Zukunft sogar einen Großteil der Altenbetreuung übernehmen. Die Motivation zur Entwicklung humanoider, d. h. menschenähnlicher Roboter, schreibt Matthias Haun in der Einleitung zu seinem „Handbuch Robotik“, werde neben der Nutzung solch praktischer Fertigkeiten immer auch von dem Wunsch nach Selbsterkenntnis begleitet; es sei letztlich die menschliche Intelligenz, die man zu verstehen suche (Seite 6). Und „da die Begriffe des Alltags darauf beruhen, dass der Mensch Erfahrungen mit der Welt und seinem Körper macht, wird nur ein Roboter mit einem menschenähnlichen Körper auch menschenähnliche Begriffe und Denkweisen entwickeln“.

Bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Zu den Wissenschaftlern, die weltweit die Entwicklung von Humanoiden vorantreiben, zählen auch Forscher der Universität Bielefeld. Im EU-Forschungsprojekt AMARSi (Adaptive Modular Architectures for Rich Motor Skill) verfolgt das Team um Professor Jochen Steil das Zwischenziel, Roboter so auszustatten, dass sie sich mit natürlichen Bewegungen harmonisch in unseren menschlichen Alltag einfügen können.

Humanoid kann Arme und Beine geschmeidig bewegen

Wenn es um die Bewegungsfertigkeit geht, schneiden heutige Roboter gewöhnlich schlechter ab als Menschen und Tiere. Im Vergleich sind ihre Bewegungen starr und wenig flexibel. Nicht so der humanoide Roboter COMAN: mit Federmechanismen ausgerüstet, kann er seine Arme und Beine geschmeidig bewegen. Das Gleiche gilt für Gelenke in Brust, Bauch, Rücken und Becken. Drei Prototypen gibt es weltweit, jetzt verfügt auch die Universität Bielefeld über ein Exemplar.

Konstruiert wurde der Roboter vom Italian Institute of Technology. Die Universität Bielefeld und acht weitere internationale Forschungseinrichtungen tragen im Projekt AMARSi Komponenten der Steuerung bei. Der Roboter ist mit flexiblen Antriebselementen ausgestattet, durch die sich seine Gliedmaßen nicht starr und rücksichtslos bewegen, sondern nachgeben, wenn COMAN mit einem Gegenstand oder einem Menschen in Kontakt kommt. Dieser Nachgiebigkeit verdankt er auch seinen Namen: „COMAN“ leitet sich von „Compliant Humanoid“ ab, was so viel heißt wie nachgiebiger oder fügsamer Humanoid

Schubser und Anrempler bringen COMAN nicht aus dem Gleichgewicht

Seine besondere Fähigkeit hat COMAN mechanischen Federn zu verdanken, die in einem Großteil seiner Antriebe sitzen. „Dadurch ist er unempfindlich gegen Stöße. Schubser und Anrempler machen ihm nichts aus – er gleicht sie mit seiner Federung aus und bleibt stehen“, sagt Jochen Steil, einer der Direktoren am Forschungsinstitut für Kognition und Robotik (CoR-Lab) der Universität Bielefeld und Koordinator des AMARSi-Projekts.

Seine Nachgiebigkeit ist die Grundlage dafür, dass COMAN mit Menschen sicher agieren kann. „Bisherige Humanoiden hatten oft das Problem, dass sie Kräfte nicht spüren konnten. Bei plötzlichen Zusammenstößen verloren sie die Balance oder fielen um“, berichtet Steil. Damit COMAN Arme, Beine und Rumpf möglichst geschmeidig bewegen kann, verfügt er über 23 Freiheitsgrade – das sind seine voneinander unabhängigen Gelenke. Sechs hat er in jedem Bein, drei in Taille und Oberkörper und mit je vier sind seine Schultern und Arme ausgestattet. Beschleunigungssensoren in Rumpf und Brust helfen dem Roboter, das Gleichgewicht zu halten.

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