Autonome Robotik

Staubsaugerroboter bei Amazon im Osternest

Arne am 29.03.2013 um 14:00 Uhr - zum Artikel

Amazon hat zu Ostern ein sogenanntes Osternest, in dem sie in diesem Jahr zwischen dem 25. März und 1. April einige Artikel zu reduzierten Preisen verkaufen - vermutlich Restposten.

Beim Stöbern bin ich dabei auf diesen Staubsaugerroboter gestoßen, der mit einem Preis von 149 EUR äußerst günstig daherkommt: Deebot D54 Roboterstaubsauger (Affiliate-Link)

Deebot D54 RoboterstaubsaugerDeebot D54 Roboterstaubsauger

Ich habe keine Ahnung, ob und wie viel der Deebot taugt, er liegt aber immerhin inklusive Zeitprogrammierung, Absturzsensoren, selbstständige Rückkehr zur Ladestation, etc. bei nicht mal der Hälfte des Preises, den man für den Marktführer Roomba mit vergleichbarer Ausstattung bezahlt.

Weiß jemand etwas über den Deebot? Taugt der was?

Elastische Roboterarmkörper – Fluch oder Segen?

Jörn am 10.02.2013 um 16:57 Uhr - zum Artikel

Die Vermeidung unerwünschter elastischer Effekte stellt eine große Herausforderung bei der Konstruktion von Robotern dar. Sie erschweren die präzise Positionierung des Roboterarms aufgrund statischer lastabhängiger Verbiegungen und schwingen nach jeder Bewegung nach. Vergleichbare Beispiele, bei denen Elastizitäten meist unerwünscht sind, finden wir fernab der Robotik bei Baumaschinen, wie Auto-Betonpumpen, Hubwagen aber auch Feuerwehrdrehleitern.

Wie wäre es, wenn auf die Steifigkeit bei der Auslegung einer Maschine weniger Wert gelegt werden müsste, da den damit einhergehenden unerwünschten Effekten mit regelungstechnischem Mitteln begegnet werden kann? Mechanische Strukturen könnten mit schlicht weniger Material leichter gebaut werden. Infolge dessen ließen sich Antriebe kleiner dimensionieren und hätten einen geringeren Energiebedarf.

Dieser Gedanke ist genau die Idee hinter dem Forschungsthema, dass ich bearbeite. Im Rahmen des Forschungsthemas haben wir den nachfolgend dargestellten gliedelastischen Roboterarm TUDOR als Experimentalsystem entwickelt.

Das gliedelastische Experimentalsystem TUDORDas gliedelastische Experimentalsystem TUDOR

Er wird von drei bürstenlosen Gleichstrommotoren angetrieben und besitzt zwei Federstahlbalken als elastische Armkörper. Bei einer typischen Punkt-zu-Punkt-Bewegung der Antriebe treten Schwingungsamplituden von bis zu 10 cm auf.

Auf den Roboter-Konferenzen dieser Welt werden aktuell viele Beiträge zu Robotern mit elastischen Komponenten vorgestellt. Die elastischen Komponenten werden meist in die Robotergelenke integriert. Ein sehr heißes Thema sind vor allem Gelenke, bei denen sich die elastischen Eigenschaften der Komponenten aktiv variieren lassen. Die Elastizitäten bewirken, dass die aufgrund der hohen Getriebeübersetzung üblicher Roboterarme sehr großen Trägheitsmomente der Antriebe von den Trägheitsmomenten des übrigen Arms entkoppelt werden. Das bedeutet, dass im Falle eines physischen Kontakts mit dem Roboter der Interaktionspartner eine geringere Trägheit des Armes "sieht". Damit kann beispielsweise eine Verringerung des Gefährdungspotenzials des Roboters erzielt werden. Auf der anderen Seite speichern die Elastizitäten zusätzliche Energie, die im Falle eine Kollision freigesetzt und wiederum ein erhöhtes Gefahrenpotential (Peitscheneffekt) zur Folge haben kann. Häufig werden Elastizitäten eingesetzt, um dem Roboter zu natürlicheren und auch dynamischen Bewegungen zu verhelfen. Es ist festzuhalten, dass durch eine geeignete Regelung gezielt eingesetzte elastische Komponenten zahlreiche Möglichkeiten eröffnen.

Aus regelungstechnischer Sicht sind die elastischen Eigenschaften in den Robotergelenken am einfachsten zu beherrschen. Hier ist die Elastizität entlang der Wirkachse der Antriebe konzentriert. Überwiegt die Elastizität in den Roboter Armkörpern, so sind die elastischen Eigenschaften entlang der Armkörper und senkrecht zur Wirkachse der Antriebe verteilt. Die dadurch entstehenden Laufzeiteffekte erschweren eine Regelung des Roboterarms. Dies mag der Grund sein, aus dem derzeit vorwiegend Arbeiten zu gelenkelastischen Roboterarmen publiziert werden.

Mit TUDOR hat uns zunächst die Frage interessiert, ob wir mit einem gliedelastischen Roboterarm trotz der Schwingungen und last- und konfigurationsabhängigen variablen Verbiegungen eine zielgerichtete Aufgabe präzise in geforderter Zeit erledigen können. Als Demonstration hierzu haben wir uns, wie im nachfolgenden Bild dargestellt, das Fangen eines Balles ausgedacht.

Ballfangen-SzenarioBallfangen-Szenario

Ein menschlicher Werfer wirft den Ball in Richtung des Roboters. Die Flugbahn wird mittels einer Kinect-Kamera ermittelt und der Durchstoßpunkt der Flugbahn mit der Bewegungsebene des Roboters berechnet. Bevor der Ball am Roboter vorbei fliegt, bewegt der Roboter ein am Armende montiertes Netz dorthin und fängt den Ball damit auf. Das Resultat haben wir im nachfolgenden Video zusammengefasst:

A multi-link-flexible robot arm catching thrown softballs.

Sofern die Schwingungen regelungstechnisch unterdrückt und Abweichungen aufgrund statischer Verbiegungen kompensiert werden können, ließen sich in manchen Anwendungen diese elastischen Eigenschaften vielleicht nicht mehr nur als Problem verstehen. Vielmehr könnten elastische Eigenschaften vielleicht auch ausgenutzt werden, um beispielsweise Kontaktsituationen zu erkennen und darauf zu reagieren. Mit aktiv geregelten moderat gelenkelastischen Roboterarmen wurde dies ja bereits eindrucksvoll gezeigt.

Bezüglich gliedelastischer Roboter ist die Dämpfung auftretender Schwingungen bislang noch das dominierende Thema in Publikationen.

In den vergangenen Tagen konnten wir hier womöglich einen ersten Schritt über die reine Schwingungsdämpfung hinaus machen. Basierend auf einer Kraftregelung ist es uns gelungen ein Regelungskonzept zu entwickeln, bei dem wir die Schwingungen der mechanischen Struktur eines Roboterarms unterdrücken und zugleich die Nachgiebigkeit aktiv beeinflussen können. Einige Experimente dazu haben wir in nachfolgendem Video festgehalten:

Video zur Kraftregelung eines gliedelastischen Roboterarms

In dem Regelungskonzept wird die Information über die auf die Robterarme einwirkenden Kräfte mittels Dehnungsmessstreifen erfasst und individuell auf die Antriebsregler zurückgeführt. Auf diese Weise werden Schwingungen in der Armstruktur unterdrückt obgleich sie von der Gelenkbewegung oder der Interaktion mit der Umgebung herrühren. Zusätzlich lässt sich die Nachgiebigkeit des Roboterarms derart beeinflussen, dass wir mit sehr wenig Kraft den Roboterarm aus seiner aktuellen Position schieben können und die Wahrscheinlichkeit fragile Objekte bei einer unvorhergesehnen Kollision zu zerbrechen deutlich reduziert wird.

Also: elastische Roboterarmkörper - Fluch oder Segen? Trotz dieser Experimente sind noch zahlreiche Herausforderungen zu meistern und fragen zu beantworten. Dennoch scheint es mir, als schlummertem in den Elastizitäten der Armkörper nicht nur Probleme, sondern auch Potenziale.

Ich freue mich darauf zu sehen, wo die Reise noch hinführen wird.

Programmhinweis für heute: „Die Roboter kommen“

Arne am 05.02.2013 um 13:10 Uhr - zum Artikel

Ein kleiner Programmhinweis: Gleich, heute um 15:00 Uhr läuft im WDR die Sendung Planet Wissen„Die Roboter kommen“.

Zu Gast sind unter Anderem Dr. Alin Olimpiu Albu-Schäffer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und Prof. Jochen Steil, vom CoR-Lab in Bielefeld.

Es wird eingie Roboter zu sehen geben und sicher interessant.

Update: Jetzt auch in der Mediathek: Mediathek: Die Roboter kommen

Glückwunsch zu fünf Jahren ROS

Arne am 03.12.2012 um 23:22 Uhr - zum Artikel

Die Robotik-Softwareschmiede Willow Garage feiert das Fünfjährige ihres open-source Robot Operating System (ROS) mit diesem coolen Artikel und diesem coolen Video:

ROS: Five Years

Der Artikel zeigt beeindruckend, welche Verbreitung ROS in den letzten fünf Jahren in der wissenschaftlichen Robotiklandschaft erhalten hat, zum Beispiel die Anzahl der offiziell unterstützten Roboter (beeindruckende achtundzwanzig), womit es unter den sonst in der Robotik häufigen Einzellösungen positiv hervorsticht.

Und das alles frei verfügbar unter der BSD-Lizenz!

Glückwunsch! Und alles Gute für die nächsten fünf Jahre.

Kommentar zu: „Roboter im echten Leben“

Arne am 23.11.2012 um 21:08 Uhr - zum Artikel

Nebenan bei Robonews schrieb man vorgestern über Roboter im “echten Leben” – Roboter in Fukushima und versucht, Beispiele für Roboter im „echten Leben“, also für den Einsatz in realer Umgebung, zu geben. Die Idee ist gut, aber die genannten Beispiele können die Überschrift gerade nicht stützen. Ich hatte begonnen, einen Kommentar zu dem Blogartikel zu schreiben. Der Kommentar wurde aber immer länger und ausführlicher, weswegen ich ihn jetzt hier aufschreibe.

Industrieroboter, die dort als Beispiel genannt werden, funktionieren nämlich in der Regel für eine einzelne Aufgabe, in streng strukturierter, abgesperrter und unveränderlicher Umgebung. Und die Bilder des Roboters, der womöglich in Fukushima zum Einsatz kommen soll, sind wohl nicht umsonst alle in einer Halle mit künstlich gebauten und vorher bekannten Hindernissen entstanden.

Wie wenig das mit der echten, harten Realität zu tun hat, deutet sich bei Betrachtung der Reaktionen auf Fukushima an: über Wochen ist dort nämlich zum Erstaunen der breiten Öffentlichkeit kein Roboter zum Einsatz gekommen. Bis die Japaner einen Monat nach dem Unglück mit dem geliehenen amerikanischen Militärroboter PackBot immerhin ein paar Messungen von innerhalb der Reaktorgebäude bekommen konnten. (Ein Umstand, der einen gehörigen Einfluss auf die öffentliche Wahrnehmung der japanischen Robotik in der eigenen Bevölkerung hatte)

Bilder von PackBot aus dem Innern von Fukushima

Roboter im echten Leben müssen nämlich nicht nur mit ein paar Holztreppen in gut ausgeleuchteter Umgebung zurechtkommen, wie es die Bilder im oben genannten Artikel zeigen, sondern die Realität ist viel brutaler: Plötzlich ist überall Schutt und Wasser, die Temperaturen liegen weit jenseits üblicher Werte, so dass jegliche Standardelektronik versagt. Sensoren versagen, da alles dunkel, nass und dreckig ist. Der Funkkontakt zum Roboter bricht aufgrund der radioaktiven Strahlung ab, usw. …

Dass Roboter außerhalb ihrer Laborumgebung zurechtkommen, müssen sie auch an echten Problemen zeigen, wenn diese auftreten. Hübsche Bilder von Robotern auf Holztreppen Monate nach einer Katastrophe zu zeigen, oder zwei Jahre nach dem Auftreten des Problems einen Roboter dafür konstruiert zu haben, ist kein guter Hinweis für die Einsatzfähigkeit und Robustheit, die für den Einsatz in der Realität außerhalb von Laboren notwendig ist.

Das Problem ist auf ungefähr allen Ebenen unglaublich schwierig. Und gerade deshalb muss man mit Aussagen vorsichtig umgehen, dieses Problem habe man im Griff.

Linktipp: 'Robotergesetze' über den Film 'Mensch 2.0'

Arne am 17.09.2012 um 15:06 Uhr - zum Artikel

Ein Linktipp: Boris Hänßler schreibt in seinem Blog Robotergesetze über den Film „Mensch 2.0“, der Ende des Monats in die deutschen Kinos kommt:

Ich kann den Film sehr empfehlen. Es kommen zwar die üblichen Verdächtigen zu Wort, Hiroshi Ishiguro, Kevin Warwick, Ray Kurzweil, Bruce Duncan usw. Aber der Film verbindet die Robotik-Forschung mit der Frage, was Menschsein heutzutage bedeutet – und was es heißt, künstliche Intelligenz zu schaffen.

Die Beschreibung des Films klingt hochinteressant und könnte in Teilen thematisch an den Film Plug&Pray anknüpfen. Spennend ist sicher auch das Interview mit dem Macher des Films, Alexander Kluge, das Boris Hänßler gemacht hat und das laut eigener Aussage in zwei Wochen erscheint.

Positiv ist mir auch aufgefallen, dass künstliche Intelligenz nicht als Bedrohung erscheint. Alexander Kluge ist weder Optimist noch Pessimist. Das finde ich sehr angenehm.

Der ganze Artikel bei Robotergesetze: Kinofilm: Gedanken zum Mensch 2.0

Die FAZ zu Besuch bei Sebastian Thrun

Arne am 16.08.2012 um 22:07 Uhr - zum Artikel

Der deutsche Robotiker Sebastian Thrun ist mittlerweile Professor für künstliche Intelligenz an der Stanford University. Er gewann 2005 mit seinem Team und dem autonom fahrenden VW Touareg „Stanley“ die hochdotierte DARPA Grand Challenge und gilt spätestens seitdem als großer, wenn nicht größter, Vertreter der Probabilistischen Robotik: Also der Robotik, die, vereinfacht gesagt, nicht mehr versucht, ein exaktes Modell der Welt zu finden, sondern lediglich das wahrscheinlichste. Das mag nicht besonders vertrauenserweckend klingen, funktioniert aber ganz hervorragend und fährt mittlerweile erfolgreich Googles autonome Fahrzeuge durch den regulären Straßenverkehr der USA.

Die FAZ hat nun Sebastian Thrun im Silicon Valley besucht und fasst in einem Artikel die Eindrücke zusammen:

Der Deutsche Sebastian Thrun gründete Googles geheimes Forschungslabor „X“, entwickelte Autos ohne Fahrer und brachte die Computerbrille „Glass“ auf den Weg. Nun hat er sich vorgenommen, die Bildung zu revolutionieren.

Robotik-Spezialist Sebastian Thrun - Verändert er die Welt? (FAZ)

Neuer wissbegieriger Bewohner für den Mars – Curiosity

Arne am 05.08.2012 um 16:21 Uhr - zum Artikel

Morgen ist es soweit, der Mars bekommt einen neuen wissbegierigen Bewohner: NASA's neuen Mars-Rover Curiosity.

Mars-Rover CuriosityMars-Rover Curiosity

Die aktuelle Mars-Mission Mars Science Laboratory (MSL) und ihr Curiosity-Rover treten ein großes Erbe an, die Vorgänger-Mission um die Rover Opportunity und Spirit hat sämtliche Erwartungen übertroffen und ihre geplante Missionszeit pulverisiert.

Das ist besonders aufgrund der widrigen Umstände von Marsmissionen imposant. Eine der großen Schwierigkeit der Mars-Missionen ist die große Entfernung zwischen Kontrollzentrum und den Robotern, die eine Verzögerung der Kommunikation von mehreren Minuten bedingt. Die Roboter müssen daher über einen hohen Grad an Autonomie verfügen, um über eine gewisse Zeitspanne den grob vorgegebenen Zielen selbstständig folgen zu können; und das in einer in großen Teilen noch unbekannten und unwirtlichen Umgebung. Die Leistung der Rover ist also kaum hoch genug einzuschätzen.

Eines der spannendsten und anforderndsten Teile der jetzt (an)laufenden Mission dürften allerdings bereits die ersten Minuten nach Eintritt sein:

Curiosity's Seven Minutes of Terror

Wie Ingenieur Adam Stelzner zu Anfang des Videos zurecht sagt: Die Pläne zur Landung des Rovers sehen absolut verrückt aus. Curiosity's Seven Minutes of Terror (Curiosity's schreckliche sieben Minuten) nennen die Ingenieure die Tatsache, dass die Landung sieben Minuten dauert, die Information darüber allerdings erst vierzehn Minuten auf der Erde eintrifft. Wenn das Kontrollzentrum das Signal über Eintritt in die Atmosphäre erhält, ist der Rover also entweder bereits heile auf dem Mars gelandet, oder schon seit sieben Minuten auf dem Mars zerschellt. Die komplizierte Landung wird notwendig aufgrund der Größe des neuen Rovers (siehe Größenvergleich rechts).

Größenvergleich der Mars-RoverGrößenvergleich der Mars-Rover

Es wird also spannend, morgen früh ab ca. 7 Uhr mittel­euro­pä­ischer Zeit. Nicht nur wegen der be­son­ders kom­pli­zier­ten Lan­dung, die Erfolgs­bilanz der bis­herigen Mars­mis­sio­nen ist mit nur 15 ge­glück­ten von 39 Mars­missio­nen ohnehin nicht so gut. [1]

Gut verfolgen lässt sich der Missions­verlauf einer­seits über die of­fiziel­len Seiten wie zum Bei­spiel die zur Mission Mars Science Laboratory der NASA. Aber auch die deutsch­spra­chi­ge Wiki­pedia hat einen tollen Artikel mit fan­tasti­schen Bil­dern und Illustra­tionen und das Jet Propulsion Laboratory der NASA teilt schon seit Tagen faszinierende Informationen, Bilder und Videos bei Facebook in Vorbereitung des Finals.

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heise.de: Curiosity am Mars: 7 Horrorminuten wie aus Hollywood