Bürstenlose Flachmotoren

Hectors Reise

Der Roboter sieht aus wie eine riesige Stabheuschrecke. Inspiriert von dem Insekt, hat Hector (HExapod Cognitive auTonmously Operating Robot) elastische Gelenke und ein extrem leichtes Außenskelett. Maxon Antriebe sorgen in den sechs Beinen für flexible Bewegungen.

Der Roboter sieht aus wie eine riesige Stabheuschrecke. Inspiriert von dem Insekt, hat Hector (HExapod Cognitive auTonmously Operating Robot) elastische Gelenke und ein extrem leichtes Außenskelett. Quelle: Uni Bielefeld

Behutsam bewegt sich Hector über den Hindernis-Parcours, dabei sieht er so elegant aus wie kaum ein anderer Roboter. Die Forschungsgruppe „Biomechatronik“ der Universität Bielefeld unter der Leitung von Prof. Dr. Axel Schneider entwickelte den sechsbeinigen Laufroboter nach dem Vorbild der Stabheuschrecke. Für die Konstruktion wurden die Maße des Insekts etwa um den Faktor 20 hochskaliert. Die resultierende Gesamtlänge Hectors liegt daher bei rund 90 cm – eine Riesenstabheuschrecke. Ziel des Projekts ist, das Laufverhalten dieser Insekten besser zu verstehen und die zugrundeliegenden Koordinationsmechanismen für technische Systeme nutzbar zu machen. Außerdem will das Forscherteam grundlegende Konzepte für die Ansteuerung von elastisch aktuierten Robotersystemen weiter untersuchen.

Guter Läufer

Für die Bewegung jedes Beins sorgen diese Einheiten mit dem bürstenlosen Flachmotor. (Quelle: Maxon Motor)

Das extrem leichte Außenskelett besteht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK). Alle Antriebsteile und die Verbindungselemente der Beinsegmente wurden in Bielefeld hausintern konstruiert und gefertigt und bestehen aus einer Aluminiumlegierung. Die Einzigartigkeit des 12 kg schweren Roboters besteht darin, dass er mit sehr vielen Sensoren ausgestattet ist und mit einem biologischen, dezentralen Regelungskonzept arbeitet. Durch die eigens konstruierten Antriebe und Tastsensoren kann er sich beim Laufen flexibel an die jeweilige Beschaffenheit des Bodens anpassen. Momentan ist Hector in der Lage, über leicht unebenes Gelände zu laufen und kleinere Hindernisse problemlos zu übersteigen.

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Jedes Bein des Laufroboters besitzt drei Gelenke, so dass gleichzeitig die Bewegungen von 18 Gelenken kontrolliert werden müssen. Dafür sind pro Bein drei bürstenlose Maxon EC 45 Flachmotoren verbaut. Bei den 50 Watt starken Antrieben handelt es sich um Spezialausführungen ohne seitliche Anschlussplatine. Die 18 Beingelenke werden nach biologisch inspirierten Regelalgorithmen gesteuert. Dafür ist die Antriebselektronik mit entsprechender Regelung in die Antriebe eingebettet. Um die Antriebe elastisch zu gestalten, wurden eigens dafür entwickelte Elastomerkupplungen direkt in die Antriebe integriert. Dem Forscherteam war es wichtig, dass die Motoren ein hohes Drehmoment bei einem kleinen Bauvolumen und einer geringen Masse aufweisen. „Außerdem sollten die Motoren eine möglichst geringe Länge aufweisen, da die resultierende Länge des gesamten Antriebs neben anderen Faktoren auch den Bewegungsspielraum der Beine limitiert“, erklärt Jan Paskarbeit, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe und Entwickler und Erbauer von Hector.

Zwar ist Hector in Sachen Intelligenz Insekten noch weit unterlegen, aber schon bei der Beinkoordination werden komplexe Sensordaten verarbeitet. „Eine gewisse, einfache Intelligenz kann man einem Insekt kaum absprechen“, sagt Paskarbeit. Bis 2017 soll der Laufroboter mit weiteren Fähigkeiten ausgestattet werden. Anja Schütz/ee

Automatica, Halle B6, Stand 300

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