Der robuste, energieeffiziente Kletterroboter „Space Climber“ wurde für Missionen in schwierigem Gelände konzipiert. Eine essentielle Komponente seines Bewegungsapparates sind die intelligenten, kraftvollen Gelenke. Speziell für ein solches Gelenk hat Mayr Antriebstechnik eine Mini-Bremse entwickelt. Sie überzeugt durch ihre kleinen Abmessungen und erhöht die Energieeffizienz des Roboters. Am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) wird dieses Robotersystem nun weiterentwickelt.

Mayr Robotergelenk

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Der Space Climber in Aktion


Er soll in Zukunft eigenständig Planeten erkunden und dort mit seinen Greifarmen eine Infrastruktur aufbauen können. Die Rede ist von dem neuen mehrgliedrigen Laufroboter, den Wissenschaftler des Robotics Innovation Center am DFKI derzeit entwickeln. Der Roboter, der einer Gottesanbeterin ähnelt, entsteht im Rahmen des Projekts „Limes“, das noch bis Ende April 2016 läuft und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert wird.

Mayr Space ClimberDank seiner Morphologie und verschiedener Laufmuster für unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten wird er Krater und Geröllfelder meistern und mit seinen Vorderbeinen manipulieren. Indem er aus seinen Erfahrungen lernt, soll er in der Lage sein, zielgerichtet zu handeln. Das DFKI ist mit seinen Standorten in Kaiserslautern, Saarbrücken, Bremen und Berlin das weltweit größte Forschungszentrum auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz.

Vorbild Ameise mit sechs Beinen

Ein bereits erprobter Weltraumroboter des DFKI und mit ein Vorläufer des Projekts Limes ist der Kletterroboter Space Climber. In seiner Morphologie ähnelt er seinem natürlichen Vorbild, der Ameise. Der freikletternde Roboter hat sechs Beine, die ihm zum Beispiel bei der Erkundung von Kraterwänden, Felsspalten oder Schluchten helfen.

In seiner Grundhaltung ist der Roboter rund 80 cm breit, 1 m lang und 20 cm hoch. Sein Gewicht liegt bei etwa 25 kg. Der Space Climber beherrscht steile, ungleichförmige Hänge mit Steigungen bis 80 % sicher und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s. Zu den wichtigsten Komponenten für seine große Mobilität zählen die Antriebe für den Bewegungsapparat. Daher wurden intelligente, leichte und leistungsstarke Gelenke mit dem Fokus auf Energieeffizienz entwickelt.

Bei sicherem Halt Strom sparen

Mayr Robastop WeltraumAuch im Oberkörper des Roboters sitzt ein Gelenk: Läuft der Space Climber in eine schräge Wand wie einen Krater kann sich der Oberkörper damit der Umgebung anpassen und aufrichten bzw. an der Kraterkante nach unten klappen.

Daneben richtet sich der Oberkörper zum Beispiel auch auf, um die vorderen Beine für die Manipulation frei zu haben. In diesem Gelenk ist eine äußerst kompakte Roba-stop Sicherheitsbremse verbaut, die die der Antriebsspezialist eigens für diese Anwendung entwickelt hat.

Läuft der Space Climber mit waagerechtem Oberkörper in gerader Ebene, hält die Bremse das Gelenk zuverlässig in Position und verhindert das Verdrehen von An- und Abtrieb bei ausgeschaltetem Motor. „Mit dieser Bremse muss das Gelenk nicht permanent bestromt werden, um die Position zu halten. Das spart Energie“, erklärt DFKI-Projektleiter Dr.-Ing. Sebastian Bartsch.

Die Bremse hat ein Haltemoment von 0,28 Nm und wiegt bei einem Außendurchmesser von 40,5 mm nur 120 g. „Für uns waren die geringen Abmessungen der Bremse entscheidend“, so Dr.-Ing. Bartsch. „Denn uns stand nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung, in dem die Bremse untergebracht werden sollte, ohne dabei die Konstruktion zu verändern bzw. das Gewicht maßgeblich zu erhöhen.“

Die Federdruckbremsen arbeiten nach dem Fail-Safe-Prinzip, sie sind also im energielosen Zustand geschlossen. Die Bremsen erzeugen die Bremskraft durch Druckfedern. Nach Abschalten des Stromes oder bei Stromausfall sorgen sie für zuverlässigen und sicheren Halt der Geräte in jeder Position.

Roboterdame Aila mit Gedächtnis


Auch im Robotersystem Aila, einem mobilen, autonomen System mit zwei Armen, kam die Mini-Bremse schon zum Einsatz. „Bei Aila saß die Bremse im Ellenbogengelenk“, erläutert der Projektleiter. „Wenn der Roboter etwas in die Hand nimmt, müsste auch hier permanent Energie aufgebracht werden, um den Arm und Gegenstand oben zu halten. Mit der Bremse kann der Motor ausgeschaltet und so Energie gespart werden.“


 Geräte zur Bremsenergie Rekuperation für elektrische Antriebe


Die Roboterdame kann heterogene, in Form und Eigenschaften stark voneinander abweichende Gegenstände wie unterschiedliche Artikel aus dem Supermarkt sortieren und individuell handhaben. Mit Hilfe der im digitalen Gedächtnis abgelegten Objektinformationen passt sie ihr Greif- und Transportverhalten an die spezifischen Eigenheiten der Gegenstände an.

Bremsen millionenfach im Feld bewährt

Seit über 40 Jahren entwickelt und fertigen die Allgäuer Antriebspezialisten federdruckbetätigte Sicherheitsbremsen und sind weltweit führend bei Bremsen für Personenaufzüge, bühnentechnische Einrichtungen und Vertikalachsen. Auch bei kundenspezifischen Anforderungen verfügt das Unternehmen über die Expertise, um maßgeschneiderte und wirtschaftliche Lösungen z. B. für Medizintechnik oder Robotikanwendungen zu entwickeln. Ihre Sicherheitsbremsen haben die hohe Zuverlässigkeit bereits millionenfach im Feldeinsatz bewiesen. Bewährte Konstruktionsprinzipien und permanente Kontrollen auf geeichten Prüfständen stellen eine gleichbleibend hohe Qualität sicher.

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