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rodriguez-motek20913Anwenderbericht

Finanziert von der Europäischen Union entwickelte das Italian Institute of Technology (IIT) in Genua in Kooperation mit einer Reihe europäischer Hochschulen den menschenähnlichen Roboter „iCub“. Er schaut mit großen Kulleraugen um sich und erinnert an ein drei- bis vierjähriges Kind. Entwickelt haben ihn die Ingenieure des IIT zur Erforschung künstlicher kognitiver Systeme. Kaydon-Präzisionsdünnringlager, die von Rodriguez vertrieben werden, sorgen in seinen Gelenken für Bewegung.



rodriguez-motek10913Wie ein echtes Kind kann der iCub hören, sehen und sprechen und ist mit einer taktilen „Haut“ ausgestattet. Seit 2004 arbeiten die Forscher der Abteilungen Robotics, Brain and Cognitive Sciences (RBCS) und iCub Facility des IIT mit internationalen Kollegen an dem kindlichen Roboter. Zurzeit versuchen sie ihm das selbstständige Gehen beizubringen. Das Vorzeigeprojekt wird gänzlich als Open-Source-Verfahren umgesetzt: Die gesamte Roboter-Plattform – von der Konstruktion der Hardware bis zu der zugrunde liegenden Software – wird unter öffentlicher Lizenz herausgegeben und steht somit all denen zur Verfügung, die diesen Roboter nutzen oder weiterentwickeln möchten.

Aspekte der Interaktion

Im Rahmen des Projekts erforschen die Wissenschaftler künstliche kognitive Systeme anhand der Interaktionen zwischen einem menschenähnlichen Roboter und seiner Umwelt. Dabei zeigte sich, dass der Kontakt mit einem Bediener das Lernvermögen des Roboters schult. Zudem gibt es einen engen Zusammenhang zwischen Intelligenz und Körperform, den Sinnen und Muskeln sowie der Art und Weise wie Lebewesen ihre körperliche Interaktion mit der Umgebung kontrollieren. Die Intelligenz wird durch alle diese Punkte beeinflusst.

Seit Beginn des Projekts verbessern die Forscher die Hard- und Software für die iCub-Plattform sukzessive. Zuletzt bauten sie einige hochentwickelte mechanische Funktionen ein, um die Bewegung und sensomotorischen Fähigkeiten der Gelenke zu optimieren: iCub kann jetzt Gegenstände festhalten, umdrehen und versetzen. Darüber hinaus verfügt er über Kraftsensoren, um die von den Körperteilen ausgeübten Kräfte und damit die Interaktion mit seiner Umgebung besser zu kontrollieren. Außerdem besitzt der Roboter seit Anfang 2012 eine „Haut“ aus taktilen Sensoren – die „Roboskin“. Dank ihr ist iCub in der Lage, Körperkontakt wahrzunehmen – eine Funktion, die für derartige Roboter einzigartig ist.

rodriguez-motek30913Doch iCub kann nicht nur seine Bewegungen koordinieren, er kann auch sehen und hören. Dazu dienen zwei in den Augen integrierte Kameras und Mikroprozessoren zur Verarbeitung der Bilder und Nachempfindung des Sehsinns. Im Kopf verbaut sind außerdem Mikrofone für den Tonempfang und eine Reihe von Trägheitssensoren zur Nachempfindung des Gleichgewichtssinns. Damit ist der Roboter in der Lage, Gegenstände und Personen zu sehen und zu erkennen sowie wahrzunehmen, ob irgendjemand oder irgendetwas vor ihm steht. Er kann auf einige grundsätzliche Sprachbefehle antworten und auf Körperkontakt mit Menschen reagieren. Für die Bewegung von Kopf, Armen, Händen, Torso und Beinen sorgen insgesamt 53 Motoren. Allein 32 davon übernehmen in den Armen und Händen die Aufnahme und Feinmanipulation von Gegenständen.

Dünnringlager für die Gelenke

Eine der größten Herausforderungen bei der mechanischen Konstruktion des Roboters bestand in der Fertigstellung der kleinen Roboterelemente, deren Baugröße für gewöhnlich im Zehntelmillimeterbereich liegt. Es war nicht einfach, entsprechend klein dimensionierte und zugleich extrem leistungsstarke Komponenten zu finden. Gefragt waren daher für die speziellen Bedürfnisse des IIT maßgeschneiderte Lösungen wie die außergewöhnlich platzsparenden und dennoch hochpräzisen „Reali-Slim“-Dünnringlager.

Die Lager werden in Deutschland von der Rodriguez GmbH aus Eschweiler vertrieben. Sie gewährleisten die relative Rotation der verschiedenen Teile, aus denen die Gelenke des Roboters zusammengesetzt sind und halten sie aufrecht. Dabei wird die korrekte Ausrichtung der Gelenkachsen beibehalten – trotz der tangentialen Krafteinwirkung, die normalerweise dazu neigt, die Achse und/oder andere rotierende Komponenten zu verformen. Manche Teile des iCub drehen sich mit einer Geschwindigkeit von mehreren Tausend min-1. Damit der gesamte Mechanismus nicht blockiert, ist höchste Präzision ein absolutes Muss. Bei einigen Anwendungen kann es auch notwendig sein, die sich bewegenden Teile vor übermäßiger Beanspruchung zu schützen.

„Für die Robotergelenke waren reibungsarme und platzsparende Lager erforderlich, die große Radial- und Axiallasten in zwei Richtungen aufnehmen können”, erklärt Professor Giorgio Metta, einer der iCub-Väter. „Aufgrund dieser Voraussetzungen verwendeten die Forscher keine Gleitlager und selbstschmierenden Buchsen, sondern wählten aus den wenigen verbleibenden Alternativen die Vierpunktlager der Reali-Slim-Baureihe.“ Dank ihrer platzsparenden Bauweise ist diese Dünnringlagerserie angesichts der räumlichen Einschränkungen wie geschaffen für das Roboterkind.

Vierpunktlager mit erhöhter Steifigkeit

Bei den im iCub eingesetzten Dünnringlagern handelt es sich um Vierpunktlager mit kleinem Durchmesser von ein oder zwei Zoll – also 2,54 mm bzw. 5,08 mm. Diese Lager besitzen im Vergleich zu herkömmlichen Radiallagern eine erhöhte Steifigkeit sowie die Fähigkeit, gleichzeitig Radial-, Axial- und Momentenlasten aufzunehmen. Damit lassen sich zusätzliche Bauteile in der Konstruktion einsparen, was auch bei der Entwicklung des iCub ein großer Vorteil war. Die wesentlichen Vorteile der Dünnringlager sind ihr großer Bohrungsdurchmesser und ihr besonders kleiner Querschnitt. Durch die große Bohrung können sämtliche Energie-, Daten- und Steuerleitungen geführt werden. Damit geben die Lager den Robotergelenken die größtmögliche Bewegungsfreiheit. Der kleine Querschnitt sorgt für eine minimale Gesamtbaugröße. Für Anwendungen, die eine besonders hohe Steifigkeit erfordern, können die Lager zudem vorgespannt werden.

Neben den Vierpunktlagern bietet Rodriguez die Reali-Slim-Lager auch als einfache Radial- und als Schrägkugellager an. Sollten Applikationen besondere Anforderungen an Reinraumklassen, Temperatur- bzw. Temperaturwechselbeständigkeit oder außergewöhnliche mechanische Belastungen stellen, bei denen Standardlager an ihre Grenzen stoßen, entwickeln und produzieren die Eschweiler für diese Fälle maßgeschneiderte Lagerlösungen. Basis hierfür ist das umfassende Produktportfolio aus über 250 Dünnringlagertypen in zölligen und metrischen Abmessungen.

Die Vierpunkt-, Schräg- und Radialkugellager gibt es als Reali-Slim-, Ultra-Slim- und Hybrid-Dünnringlager. Dabei eignen sich die chemisch stabilen und korrosionsbeständigen Hybridausführungen mit abriebarmen Keramikkugeln und einer Minimalschmierung speziell für Vakuum- oder Reinraumanwendungen und den Kontakt mit aggressiven Materialien. Dünnringlager der Ultra-Slim-Reihe verfügen über einen noch kleineren Querschnitt als Reali-Slim-Dünnringlager. Damit sind sie die Lager der Wahl, wenn es beispielsweise im Bereich der Feinmechanik oder Medizintechnik um minimale Baugrößen und allerhöchste Präzision, aber eher kleine Lasten geht.

Bild oben: In fast jedem Gelenk des Roboterkinds sorgen Reali-Slim-Dünnringlager für reibungslose und präzise Bewegungsabläufe


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