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Artikel und Hintergründe zum Thema

Additive Fertigung

Humanoide Roboter aus dem 3D-Drucker

Die Schweizer Gesellschaft Devanthro und das Forschungsprojekt Roboy an der Technischen Universität München basteln derzeit an einem Roboter, der sich genauso bewegen kann wie ein Mensch. Bei der Entwicklung des ersten Prototypen, Roboy Junior, kam die Additive Fertigung mit EOS Systemen zum Einsatz. Hinter dem Forschungsprojekt steht die Vision, die Roboy-Modelle iterativ zu verbessern, bis ihre Geschicklichkeit, Widerstandsfähigkeit und Flexibilität denen eines Menschen ähneln.

EOS unterstützt das Roboy Forschungsprojekt, das den menschlichen Bewegungsapparat nachbildet, um die Robotertechnik voranzutreiben (Quelle: EOS. Roboy Design: by Devanthro Society. Fotograf: Adrian Baer).

Roboy Junior hat Muskeln und Sehnen anstelle von Motoren in den Gelenken. Der gesamte Körperaufbau des Roboy, der als Gehäuse für die Muskeln und Sehnen dient, wurde additiv mit EOS Systemen zur Kunststoffverarbeitung gefertigt. Der Einsatz des industriellen 3D-Drucks bietet mehrere wichtige Vorteile darunter die Möglichkeit zur Erstellung komplexer, funktionaler Geometrien sowie die Unterstützung einer schnellen und iterativen Hardwareentwicklung.

Vorteile der Additiven Fertigung
Die Additive Fertigung gestattet höchst komplexe Strukturen, die gleichzeitig extrem leicht und stabil sein können. Die Technologie gewährt ein hohes Maß an Designfreiheit, Funktionsoptimierung und -integration und ermöglicht das Herstellen kleiner Losgrößen zu wirtschaftlichen Stückkosten. Die Roboy-Entwicklung profitiert von all diesen Vorteilen: Dank der Erstellung komplexer funktionaler Geometrien ohne die Fertigungsbeschränkungen klassischer Herstellungsverfahren, kann das Roboy-Team Funktionen direkt in die Bauteile implementieren. Eine Funktion lässt sich dadurch mit weniger Bauteilen realisieren, ein Großteil der sonst nötigen Montageschritte fällt weg. Die Hände und Unterarme des Roboy beispielsweise wurden in einem Stück gefertigt, einschließlich mehrerer Gelenke und der einzelnen Fingerglieder.

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Aufgrund der maximalen mechatronischen Komplexität des Roboy auf kleinstem Raum, können einige Projektanforderungen in einer Simulation nicht überprüft werden. Daher muss das Entwicklungsteam den Roboter in einer realen Umgebung testen. Industrieller 3D-Druck spielt dabei eine Schlüsselrolle, da dieses Verfahren die schnelle Fertigung einzelner Komponenten und die Modularisierung und Parametrisierung der Roboterkonstruktion zulässt. Die Möglichkeit zur iterativen Hardwareentwicklung ist das Ergebnis.

Rafael Hostettler, Roboy-Projektleiter, erläutert: „Bei der Softwareentwicklung kann Software durch schnelle Entwicklungszyklen direkt getestet und so verbessert werden. Durch Additive Fertigung können wir diesen Ansatz auch in der Robotik anwenden und eine schnelle Hardwareentwicklung ermöglichen: Ein Bauteil wird gefertigt, am Roboy getestet und bei Bedarf verbessert. So lassen sich in einem Bruchteil der Zeit optimal funktionierende Teile finden.“ Und weiter: „Die AM-Technologie von EOS spielt dabei eine Schlüsselrolle – sie erlaubt die schnelle Herstellung von Roboy-Teilen in geringer Stückzahl und damit die iterative Hardwareentwicklung, die für unser Projekt entscheidend ist.“

Eine Vision mit gesellschaftlicher Wirkung
Mit wachsenden Fortschritten im Bereich der künstlichen Intelligenz und der Robotik können Roboter in Zukunft eine zunehmend wichtigere Rolle sowohl in der Gesellschaft als auch in der Arbeitswelt spielen – vor allem besonders gefährliche oder repetitive Aufgaben könnten von Robotern übernommen werden. In diesem Kontext bringen Roboter mit einer ähnlichen Morphologie wie der menschliche Körper entscheidende Vorteile gegenüber klassischen Ansätzen in der Robotik mit sich. In erster Linie ist der menschliche Bewegungsapparat eine bewährte Lösung, die geschickte, dynamische und stabile Roboter hervorbringen kann. Zudem erleichtert ein menschenähnlicher Roboter die Interaktion zwischen Mensch und Maschine erheblich und macht sie wesentlich intuitiver und natürlicher. Über Jahrhunderte hinweg hat der Mensch seine Umgebung an seine Bedürfnisse angepasst. Daher lassen sich humanoide Roboter einfacher in diese Umgebung integrieren, wodurch kostspielige Anpassungen entfallen. Darüber hinaus könnten Roboter, die mit der menschlichen Anatomie kompatibel sind, die Mobilität von Personen steigern und wiederherstellen, beispielsweise durch den Einsatz von Exoskeletten und Prothesen.

Dr. Adrian Keppler, Chief Marketing Officer (CMO) bei EOS, erläutert: „Viele Unternehmen konzentrieren sich auf die Entwicklung künstlicher Intelligenz, lediglich eine kleine Anzahl von Projekten weltweit beschäftigt sich mit der Entwicklung humanoider Roboter in der Form, wie es das Roboy-Projekt tut. Wir sind stolz, diese Forschung zu unterstützen. Die Additive Fertigung zeigt dort ihre Stärken, wo die konventionelle Fertigung an Grenzen stößt und setzt an den Stellen an, wo Konstruktion, Design und Fertigung neu durchdacht werden müssen, um Lösungen zu finden. Damit ist die Technologie von EOS die ideale Lösung für ein so ambitioniertes Forschungsprojekt wie die Roboy-Entwicklung.“

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