Gelenkbremse

Die Intelligenz steckt im Gelenk

Mayr Antriebstechnik entwickelt Mini-Bremse für Robotergelenke. Der robuste, energieeffiziente Kletterroboter Spaceclimber ist konzipiert für Missionen in schwierigem Gelände. Eine essenzielle Komponente seines Bewegungsapparates sind die intelligenten, kraftvollen Gelenke.

Die Minibremse von Mayr erhöht die energetische Effizienz von Robotern in den Gelenken. (Foto: Mayr)

Speziell für ein Roboter-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. Er soll in Zukunft eigenständig Planeten erkunden und dort mit seinen Greifarmen eine Infrastruktur aufbauen können – der neue mehrgliedrige 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 andauert und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert wird. Dank 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.

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Vorbild Ameise
Ein bereits erprobter Weltraumroboter des DFKI und mit ein Vorläufer des Projekts Limes ist der Kletterroboter Spaceclimber. In seiner Morphologie ähnelt er seinem natürlichen Vorbild, der Ameise. Der Spaceclimber ist ein freikletternder Roboter mit sechs Beinen, der für Missionen in schwierigem Gelände konzipiert wurde, zum Beispiel für die Erkundung von Kraterwänden, Felsspalten oder Schluchten. In seiner Grundhaltung ist der Roboter rund 80 Zentimeter breit, einen Meter lang und 20 Zentimeter hoch. Sein Gewicht liegt bei etwa 25 Kilogramm. Der Spaceclimber beherrscht steile, ungleichförmige Hänge mit Steigungen bis 80 Prozent sicher und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 0,3 Metern pro Sekunde. Zu den wichtigsten Komponenten für die große Mobilität des Roboters zählen die Antriebe für den Bewegungsapparat. Daher wurden intelligente, leichte und leistungsstarke Gelenke mit dem Fokus auf Energieeffizienz entwickelt.

Auch im Oberkörper des Roboters sitzt ein Gelenk: Läuft der Spaceclimber in eine schräge Wand, zum Beispiel in einem Krater, kann sich der Oberkörper damit der Umgebung anpassen und aufrichten beziehungsweise 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 kompakte Roba-Stop Sicherheitsbremse verbaut, die Mayr eigens für diese Anwendung entwickelt hat. Läuft der Spaceclimber mit waagerechtem Oberkörper in gerader Ebene, hält die Bremse das Gelenk in Position und verhindert das Verdrehen von An- und Abtrieb bei ausgeschaltetem Motor.

Kein Permanentstrom für die Gelenkbremse
„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 Newtonmeter und wiegt bei einem Außendurchmesser von 40,5 Millimeter nur 120 Gramm. „Für uns waren die geringen Abmessungen der Bremse entscheidend“, so Dr.-Ing. Sebastian Bartsch. „Denn uns stand nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung, in dem die Bremse untergebracht werden sollte, ohne dabei die Konstruktion zu verändern beziehungsweise das Gewicht maßgeblich zu erhöhen.“ Federdruckbremsen von Mayr Antriebstechnik 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.    bw

HMI Halle 25, Stand D28

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