Industrielle Robotik

Simulation des Bionischen Handling-Assistenten

Arne am 17.04.2012 um 11:27 Uhr - zum Artikel

Im April 2010 wurde der Bionische Handling-Assistent (BHA) von Festo auf der Hannover Messe der Öffent­lich­keit vorgestellt. In den fol­gen­den Mona­ten sah dieser bio­lo­gisch inspirierte Roboter­arm zu recht eine große Medien­präsenz und wurde mit zahl­reichen Prei­sen, unter anderem dem Deutschen Forschungspreis 2010, aus­ge­zeich­net. Im Februar 2011 bekamen wir dann unseren eigenen BHA, voller Vor­freude, denn wir wussten, dass niemand bislang mit dem BHA tun konnte, was wir mit ihm vor­hat­ten: ihn zu kon­trol­lieren. [1]

Die Struktur und Funk­tions­weise des BHA ist inspi­riert von einem Elefan­ten­rüs­sel, wie in fol­gen­der Ab­bildung un­schwer zu erken­nen ist. Der Arm wird im Sinne des Rapid Proto­typings im 3D-Drucker gedruckt. Als Material wird Polyamid ver­wen­det, wodurch der gesamte Arm leicht-gewich­tig und durch­gängig ver­form­bar wird: Im Wesent­lichen besteht der BHA also aus Plastik und einer Menge Luft. Bewegt wird der Arm von drei­zehn pneu­ma­ti­schen Ven­tilen, die die drei­zehn Kammern des Robo­ters mit Luft füllen oder ent­leeren. Dies wiederum verbiegt, beugt und streckt die kom­plet­te Struktur.

Von einem Elefantenrüssel inspiriertVon einem Elefantenrüssel inspiriert

Festo hat mit dem BHA die Vision eines leichten, frei­beweg­lichen Dritte-Hand-Systems, das den Men­schen bei seiner Arbeit unter­stützen kann. Dank seiner struk­tu­rel­len Nach­giebig­keit (Compliance) ist der Arm im Kontakt mit Menschen und seiner Umgebung natur­gemäß sicher, was die Mög­lich­keiten von direkter Zu­sam­men­arbeit von Mensch und Roboter eröffnet. In in­dustriel­lem Kontext kann der BHA in Fertigungs­pro­zes­sen ein­ge­setzt werden, z.B. um mit empfind­lichen Gütern wie z.B. Lebens­mit­teln zu arbeiten.

Als wir uns ent­schlos­sen haben, Festos Bio­nischen Handling-Assisten­ten zu erwer­ben, wussten wir, dass wenige der klas­si­schen und bekannten Ver­fahren mit diesem Roboter funktio­nie­ren würden. Trotz­dem war über­raschend, dass der Roboter ohne jeg­liche Software aus­ge­lie­fert wurde.

Keine Software.

Nichts.

Noch bis vor einem Jahr konnten wir mit dem BHA nicht viel mehr tun, als von Hand die pneu­ma­ti­schen Ven­tile zu öffnen und zu schließen, um damit entweder vol­len Druck oder gar keinen Druck in die Kam­mern zu geben. Auch damit waren die Be­we­gun­gen des Robo­ters absolut fas­zi­nie­rend und wir hatten großen Spaß, aber ernst­hafte An­wen­dungen waren damit natür­lich noch nicht möglich. Wie von Festo zugesagt, bekamen wir dann vor fast genau einem Jahr elektro­nische Ventile, mit denen wir (mehr oder weniger präzise) den Druck in den Kammern auto­ma­tisch vor­geben konnten. Nicht mehr und nicht weniger: den Druck kon­trol­lie­ren.

Um es einmal vorsichtig zu sagen: Der Schritt von dieser Druck­re­ge­lung zu einer ernst­haften An­wendung mit dem BHA ist groß!

Das tat­säch­liche Werkzeug, dass man mit dem BHA kon­trol­lieren will, ist der so­ge­nan­nte Fin Gripper am Ende des Arms. Diesen Greifer zu al­ler­dings genau zu po­si­tio­nie­ren setzt zu­al­ler­erst voraus, die Postur des Arms prä­zise bestimmen zu können. Den Druck in den ein­zel­nen Kam­mern zu kennen, reicht dafür bei weitem nicht aus; dass dies zum Scheitern ver­ur­teilt sein würde, diese Er­fah­rung hatten wir bereits mir anderen Robo­tik­platt­for­men gemacht: Zehn Mal den gleichen Druck auf einen pneu­ma­ti­schen Roboter zu geben, ergibt im Regel­fall zehn ver­schie­dene Posturen des Robo­ters. Reibung, Reibung, Hyste­rese-Effekte und Nicht-Stationaritäten ver­ändern das Ergeb­nis von Mal zu Mal.

Die kinematische Struktur des BHADie kinematische Struktur des BHA

Um diesen Problemen zu begegnen, besitzt der BHA Längen­sen­soren (Kabel-Poten­tio­meter), um an der Außen­seite des Arms die Streckung der einzel­nen Kam­mern zu messen (siehe obige Abbildung). Natür­lich wollten wir diese Länge nicht nur kennen, sondern auch kontrol­lieren können. Das ist theore­tisch mit klas­si­scher (PID-)Regel­technik möglich, aber funktio­niert auf diese Weise nur sehr schlecht. Um dieses Ver­hal­ten zu verbes­sern, könnte man nun ver­suchen, all das Wissen über den BHA in eine aus­ge­feil­tere Regelungs­technik zu stecken. Wenn man dieses Wissen bloß hätte …

Eine kurze Liste von Dingen, die man über den BHA nicht weiß:

  1. Das präzise Verhältnis zwischen Druck in den Kammern und der geo­me­trischen Postur im Ruhe­punkt (im Equi­li­brium)

  2. Jegliche Art von Dynamik (nicht nur der Pneu­ma­tik selbst, sondern auch des sehr viel lang­sa­me­ren Zusam­men­spiels zwischen der Pneu­matik und Geo­me­trie)

  3. Welche Länge des Arms bzw. der einzelnen Kam­mern ist über­haupt mög­lich? Wo liegen die Gren­zen?

  4. Und nicht zuletzt: Wie genau ist das Zusam­men­spiel der obigen Aspekte zwi­schen den einzel­nen Kam­mern. Denn: Es be­steht ein starker Zusam­men­hang!

Alles zusammen eine große Heraus­for­de­rung … aber nicht un­mög­lich. An­ge­nom­men also, die Länge des Aktu­a­tors lässt sich mes­sen und kontrol­lieren. Um nun die End­ef­fektor-Posi­tion (die Posi­tion des Greifers) zu kon­trol­lieren … muss man die aktu­el­le End­ef­fek­tor-Posi­tion kennen!

Die Endeffektor-Position anhand der Geo­metrie des Robo­ters und der Stel­lung der Aktua­toren zu er­rech­nen, nennt sich Vor­wärts-Kine­ma­tik und ist für handels­übliche Robo­ter kein großes Pro­blem, son­dern ein­fache Tri­go­no­metrie. Der BHA gehört allerdings zu einer anderen Klasse von Morpho­lo­gien, genannt Conti­nuum Kine­ma­tics (also in etwa: konti­nu­ier­liche Kine­ma­tik). Dank seiner mecha­ni­schen Flexi­bi­li­tät besitzt dieser Robo­ter­arm unend­lich viele Frei­heits­grade, da jeder Bereich des Robo­ters unter­schied­lich gebo­gen und ge­streckt sein kann. Unend­lich viele Frei­heits­grade kön­nen weder mit Sen­so­ren ge­mes­sen noch berech­net werden.

Als wir unsere Arbeit mit dem BHA be­gon­nen haben, planten wir nicht, die kom­pli­zier­te Kine­ma­tik des BHA zu simu­lie­ren. Da wir uns im Kontext des BHA haupt­säch­lich mit Maschi­nel­lem Ler­nen be­schäfti­gen, wollten wir die End­ef­fek­tor-Posi­tion schlicht messen, um sie be­nut­zen zu können (tun wir auch). Dass wir trotzdem eine Simu­la­tion benö­ti­gen würden, stellte sich heraus, als wir Schwierig­kei­ten in der Vi­suali­sie­rung bekamen. Wir wollten nämlich dar­stel­len, wie die räum­lichen Koor­di­na­ten mit den Be­we­gun­gen des BHA zu­sam­men­hän­gen.

Da Visualisierung Kenntnis der Kinematik voraus­setzt, began­nen wir, sie an­zu­nähern. Selbst wenn sich die Beugung und Streckung von unend­lich vielen Frei­heits­graden nicht berech­nen lässt, so lassen sich doch durch die Längen­senso­ren einige An­nah­men zur Beugung des Arms tref­fen. Die einfach­ste Art der Beugung ist eine kreis­förmige; im drei-dimen­sio­nalen Fall ent­spricht dies einem Torus:

Torus-Modell zur Annäherung der Beugung des BHATorus-Modell zur Annäherung der Beugung des BHA

Das Bild zeigt, wie sich ein Segment mit drei Aktua­toren (in der Ab­bil­dung als graue Röhren dar­ge­stellt) entlang eines Torus verbiegt. Diese Geometrie kann mit drei Parametern beschrieben werden: zwei Winkel (in der Abbildung blau dargestellt) und der Radius des Torus (in der Abbildung rot). Diese drei Parameter können anhand der gemessenen Längen an der Außenseite der BHA-Segmente rekonstruiert werden. Sobald diese Parameter bestimmt sind, ist das Berechnen der Vorwärtskinematik und damit die Bestimmung der Endeffektor-Position (also der Position des Greifers) einfach. Ein Problem tritt lediglich im Grenzfall auf, wenn alle Längen gleich sind, wenn also alle Kammern gleich gestreckt sind. Diese Verformung kann durch einen Torus nicht dargestellt werden, obwohl der BHA zu solch einer Bewegung in der Lage ist. Auch für dieses Problem ließ sich allerdings eine einfache, numerisch stabile Lösung finden. Der BHA lässt sich somit durch Aufeinandersetzen dreier solcher Segmente darstellen und simulieren.

Die gezeigten Torusdeformationen sind sehr einfache Annäherungen des Arms im Vergleich zu kom­plexen Physik des Ver­for­mungs-Pro­blems. Üblicherweise ist diese Art von Annäherung daher nicht hinreichend für diese Art von Robotern (siehe z.B. Trivedi 2008 [2] ). Nicht jedoch für den BHA: Hier funktioniert die beschriebene Lösung sehr gut, in unseren Tests sehen wir einen durchschnittlichen Fehler von 1cm auf einer Länge von 1m. Nicht perfekt, aber absolut ausreichend für unsere Zwecke und außerdem durchaus konkurrenzfähig zu Lösungen in der Literatur.

Das folgende Video zeigt das simulierte Modell und unseren BHA:

BHA-Simulation

Der große Vorteil des benutzten einfachen Torus-Modells ist seine Geschwindigkeit in der Berechnung. Unsere Software-Bibliothek ist auf Basis dieses Modells in der Lage, die Vorwärtskinematik des BHA auf einem einzelnen CPU-Kern mehrere zehntausend Mal in der Sekunde zu berechnen. Auch wenn wir diese Simulation ursprünglich nicht geplant hatten, ist sie damit mittlerweile eine essentielles Werkzeug bei unserer Arbeit mit dem BHA geworden. Die interessanten Dinge machen wir weiterhin auch auf der echten Hardware, aber parallel lassen sich nun viele Dinge bequem vorberechnen und darstellen.

Die Kinematik-Simulation ist in C++ implementiert und als Open-Source-Bibliothek verfügbar. Über die folgende Seite kann sie heruntergeladen werden und enthält sowohl die Vorwärtskinematik als auch die gezeigte OpenGL-basierte 3D-Visualisierung: http://www.cor-lab.de/software-continuum-kinematics-simulation Wir freuen uns über Benutzer und Erfahrungsberichte.

Der folgende einfache Code-Schnipsel berechnet zum Beispiel die Vorwärtskinematik des BHA:

// create robot morphology with segment radii 0.1, 0.09 and 0.08 meters ContinuumRobotKinematics kinematics(RealVector(0.1, 0.09, 0.08)); // specify an end effector offset kinematics.setEndEffectorOffset(RealVector(0.0, 0.0, 0.14)); // this is the forward kinematics function: Mapping<RealVector,RealVector> fwdKin = kinematics.getForwardPositionKinematics(); // try out some posture (a combination of actuator lengths) RealVector posture = {0.2,0.24,0.24,0.2,0.24,0.24,0.2,0.24,0.24}; // this is the resulting end-effector position RealVector position = fwdKin(posture); // [-0.3808, 0, 0.686287]

Neben der in diesem Artikel beschriebenen Kinematik-Berechnung und Simulation des BHA, haben wir in den letzten Monaten noch viele weitere spannende Dinge mit dem BHA gemacht, die wir auf der Automatica-Messe im Mai in München zeigen werden: Um zu sehen wie wir trotz der zahlreichen obigen Probleme mithilfe maschineller Lernmethoden den Greifer auf dem echten BHA im Arbeitsraum zu kontrollieren gelernt haben, lohnt sich also ein Besuch unseres Standes auf der Automatica in München: Stand 427 und 429 in Halle B3, vom 22. bis 25. Mai.

Kontakt:

1
„Kontrollieren“ im regelungstechnischen Sinne. Hier also gemeint: Regeln der Endeffektor-Position.
2
Geometrically Exact Models for Soft Robotic Manipulators

Matthias Rolf ist Wissenschaftler am Re­search In­sti­tute for Cog­nition and Ro­bo­tics an der Universität Bielefeld. Sein Hauptinteresse in der Forschung ist *Motor Learn­ing in Develop­men­tal Robotics.

Intelligente-Systeme-Spitzencluster „it`s owl“ hat gewonnen

Arne am 19.01.2012 um 22:24 Uhr - zum Artikel

Seit heute steht fest: Der Spitzen­cluster [1] „Intel­li­gen­te Tech­ni­sche Sys­te­me“ aus Ost­west­fa­len-Lip­pe hat den Spit­zen­clus­ter-Wett­be­werb ge­won­nen und damit einen Spit­­zen­­clus­­ter zur Ro­bot­ik und Automatisierung ge­win­nen las­sen.

Spitzencluster „it`s owl“Spitzencluster „it`s owl“

Dazu werden über die nächsten Jah­re 40 Mil­lio­nen Euro für 45 Forschungs­pro­jek­te in den Spit­zen­clus­ter flie­ßen, um einen „Inno­va­tions­sprung von der Me­cha­nik zu In­tel­li­gen­ten Tech­ni­schen Sys­te­men“ zu machen.

Die Liste der Partner in dem Spit­zen­clus­ter liest sich durch­aus stattlich und mit der Uni­ver­si­tät Bie­le­feld, dem CoR-Lab und dem CITEC, ist die Robotik stark ver­tre­ten. Die Themen Mensch-Maschine-Inter­aktion und Intel­ligen­te Sen­soren im Projektplan sind dann auch klas­si­sche The­men der Robotik­for­schung.

Ich freu mich! Auf die Projekte, die da kommen werden.

Disclaimer: Ich studiere an der Uni­ver­si­tät Biele­feld und arbeite für das CoR-Lab.

1
Spitzencluster – nicht zu verwechseln mit Exzellenzcluster.

Nächstes Treffen des Robotik-Stammtischs NRW

Arne am 17.05.2011 um 13:35 Uhr - zum Artikel

Wie angekündigt findet auch in diesem Monat am letz­ten Don­ners­tag, also in der kom­men­den Woche am 26. Mai, ein Tref­fen des frisch ge­grün­de­ten Ro­bo­tik-Stamm­tisches statt. Dieses Mal werden wir uns im Ruhr­ge­biet im schö­nen Dort­mund treffen. Als Lo­ka­li­tät haben wir das BAM Boomerang in Bahn­hofs­nä­he aus­ge­wählt, in dem für uns aus­rei­chend Platz re­ser­viert sein wird.

Wir freuen uns darauf, an die ge­sel­lige At­mos­phäre des letzten Stamm­tisches und an die zahl­rei­chen fach­li­chen und auch we­ni­ger fach­li­chen Ge­sprä­che an­knüp­fen zu kön­nen. Die­ses Mal hof­fent­lich auch wie­der mit ei­ni­gen neuen Ge­sich­tern aus NRW, dem Ruhr­ge­biet und Um­ge­bung. Ein gu­tes Mit­tel da­für ist Mund-zu-Mund-Pro­pa­gan­da, des­we­gen bit­te Ort und Ter­min flei­ßig an Ro­bo­tik-In­te­res­sier­te wei­ter­lei­ten.

Mehr zum nächsten Stamm­tisch, in­klu­si­ve Karte, gibt`s wie ge­habt auf der Stammtisch-Seite (jetzt auch rechts in der Sei­ten­lei­ste zu fin­den). Bitte nach Mög­lich­keit auch wie­der ins Doodle ein­tra­gen.

Wir sehen uns in Dortmund!

Erstes Treffen des Robotik-Stammtischs NRW

Arne am 03.05.2011 um 12:30 Uhr - zum Artikel

Robotik-StammtischRobotik-Stammtisch

Letzte Woche Donnerstag, am 28. April, traf sich eine mutige Gruppe Robotik-Interessierter aus NRW zur Gründung des Robotik-Stammtisches NRW. Insgesamt ein gutes Dutzent Teilnehmer aus Bielefeld und dem Ruhrgebiet besprachen sich gut speisend und trinkend sowohl fachfremd als auch zum Hauptthema des Stammtisches, wie die unten abgebildete Servietten-Skizze beweist (Thema war maschinelles Lernen in gemeinsamer Diskussion zwischen Dortmundern und Bielefeldern).

Anlass für erste vage Projektabsichten gab das mitgebrachte Maskottchen des ersten Treffens, ein RP6 (rechts im Bild), der möglicherweise bald mit Anbindung an ein Android-Phone aufgerüstet wird. Wissenschaftliche Kontakte wurden auch bereits erfolgreich geknüpft.

Insgesamt zeigten sich alle Anwesenden, mit denen ich gesprochen habe, sehr zufrieden mit dem ersten Treffen und haben sich einstimmig dafür ausgesprochen, das Treffen regelmäßigzu wiederholen. Und auch der einmonatige Rhythmus soll fürs Erste beibehalten werden, vorgesehen ist ab sofort der letzte Donnerstag jeden Monats. Das nächste Treffen ist auch schon geplant und wird am 26. Mai im Ruhrgebiet, in Dortmund stattfinden, um mehr Teilnehmer aus dem Ruhrgebiet und vielleicht sogar von außerhalb anzulocken. Die genaue Lokalität (natürlich zwecks bequemer An- und Abreise wieder in Bahnhofsnähe) wird noch verkündet. Hier werden wie immer Informationen zum nächsten Treffen zu finden sein und dort im Doodle kann man sich schon eintragen.

Servietten-Mathematik beim StammtischServietten-Mathematik beim Stammtisch

Ich freue mich schon auf das nächste Treffen und hoffe auch neue Teilnehmer zu sehen. Wie gehabt bitte ich alle Leser, dies an alle Robotik-Interessierte der Region weiterzugeben.

Und jetzt geht`s auf nach Italien.

Robotik-Stammtisch NRW

Arne am 22.04.2011 um 14:16 Uhr - zum Artikel

Ungefährt zwei Jahr ist die Idee nun schon alt und endlich – verzögert durch Ortswechsel und allerhand anderer Gründe, die derlei Dinge gerne verzögern – ist die Umsetzung abzusehen: Die Gründung einer Robotik-Gruppe oder, wie wir es nun nennen, eines Robotik-Stammtisches.

Es gibt einige Robotik-Enthusiasten, die so wie zwei Autoren dieses Blogs, Arne und Jörn, verrückt genug sind, sich nicht nur während der Arbeitszeit mit Robotern beschäftigen zu wollen, sondern die sich auch in der Freizeit mit Robotik beschäftigen und nach Möglichkeit mit Robotern herumbasteln wollen. Alleine macht dies allerdings sehr viel weniger Spaß als gemeinsam und ist überdies im regen Erfahrungs- und Ideenaustausch sehr viel spannender und produktiver. Begünstigt durch die dichte Hochschullandschaft beschäftigen sich zahlreiche Studierende sowie Doktoranden mit den vielfältigen und spannenden Themen der Robotik. Etwas schade ist, dass trotz dieser räumlichen Nähe Bekanntschaften mitunter nur auf Konferenzen entstehen und bisweilen verebben.

Mit dem Ziel also, Robotik-Enthusiasten und -Interessierte zusammenzubringen, gegenseitig Wissen auszutauschen, gemeinsam Ideen zu entwickeln oder einfach nur in entspannter Atmosphäre mit Gleichgesinnten bei einem Bierchen oder anderem Getränk über Robotik zu plaudern, findet am 28.04.2011 in Bielefeld die Gründung des Robotik-Stammtisches NRW statt.

Wer auch immer interessiert ist, ob aus NRW, ganz Deutschland oder weltweit, ist herzlich eingeladen, an dem Treffen teilzunehmen und diese Einladung an andere Robotik-Interessierte weiterzugeben. Als Lokalität für den ersten Stammtisch haben wir Bielefeld und dort zugunsten der einfachen An- und Abreise das New Orleans in unmittelbarer Bahnhofs-Nähe gewählt. Der Stammtisch startet um 19:00 Uhr.

Geplant ist es, den Stammtisch im monatlichen Rhythmus zu etablieren und, da es sich um den Robotik-Stammtisch NRW mit Gründungsmitgliedern aus dem Raum Bielefeld und Dortmund handelt, den Ort des Treffens regelmäßig zwischen Bielefeld und dem Ruhrgebiet wechseln zu lassen. Aktuelle Informationen zu Ort und Termin dieses und zukünftiger Stammtischtreffen finden sich zukünftig hier auf dieser Seite: Robotik-Stammtisch NRW

Wenn Du am Stammtisch teilnehmen möchtest, dann trag Dich nach Möglichkeit bis zum 26.04.11 im Stammtisch- Doodle ein, damit wir einen ungefähren Eindruck zur Anzahl der Teilnehmer gewinnen.

Robotik 2010

Arne am 23.01.2011 um 18:23 Uhr - zum Artikel

Zugegeben, für einen „Frohes neues Jahr“ und „Das war die Robotik 2010“-Blogeintrag ist es schon etwas zu spät. Aber ich dachte, ich sehe trotzdem mal durch die hiesigen Blogeinträge des vergangenen Jahres und überlege, was in der Robotik im vergangenen Jahr besonders erwähnenswert war.

Im Januar begann das Jahr mit einem großen Wurf der californischen Robotikschmiede Willow Garage, die die Version 1.0 ihres Open-Source-Betriebssystems für Roboter ROS veröffentlichte. ROS ist mittlerweile in der Robotik-Szene voll angekommen und viele Institute machen sich mittlerweile die Tatsache zunutze, dass sie mit ROS ein offenes System mit einer Vielzahl gut gewarteter State-of-the-Art -Standardkomponenten erhalten und sich mehr auf die Integration, sondern vielmehr auf konkrete Forschungsfragen konzentrieren können. Im gleichen Monat beschloss das Jet Propulsion Laboratory der NASA, dass der Mars-Rover Spirit erst einmal nicht weiterkommt und deshalb winterfest gemacht werden soll.

Im Februar hat mich vor allem eine realistische Hand-Prothese namens BeBionic beeindruckt, die in Videos fast menschlich aussieht. Im März habe ich meine Stelle am CoR-Lab angetreten und im April zeigte Willow Garage mit dem Wäsche-faltenen Roboter ein ersten von mehreren Videos, in denen Roboter PR2 in mal mehr und mal weniger sinnvollen Anwendungen zu sehen ist. Im Mai traute die Roboter-Lady iFairy ein japanisches Paar und im Juni haben sich auf der spannenden Automatica-Messe neben der Industrie auch die Robotik-Institute dieses Landes vorgestellt.

Im Juli hatte ich das Vergnügen, auf der Summerschool über mehrere Tage den iCub live und aktiv kennenzulernen, dessen neue Beine ich später auch noch vorgestellt habe.

Der August zeigte uns den unheimlichen Telenoid R1 und im November und Dezember hat zum Jahresende die Ingenieurskunst noch einmal gezeigt, was sich mit cleveren Ideen bauen lässt: sowohl der Universal Jamming Gripper mit Kaffeepulver als auch der zu Recht mit dem Zukunftspreis ausgezeichnete Rüssel von Festo bestachen durch ihr einfaches aber brillantes Konzept. (Hört sich irgendwie nach einem Satz aus einem Prospekt an, ist aber ernst gemeint) Und über das, was Microsoft Kinect seit Dezember mit der Robotiklandschaft anstellt, werde ich hofffentlich auch bald schreiben. Der Blogeintrag fliegt hier schon halb geschrieben herum, bis ich damit fertig bin, müssen aber ein paar Videos ausreichen, die ich hier immer mal wieder einstelle.

Insgesamt haben wir in 2010 eine Robotik-Landschaft gesehen, die immernoch viel experimentiert und zum Teil verrückten, neuen Ideen nachgeht. Gleichzeitig lässt sich aber auch beobachten, dass die Robotik auch abseits der typischen Industrierobotik beginnt, ernsthafte Lösungen für Probleme zu präsentieren, die bisher nicht lösbar waren und zum Teil nicht einmal ernsthaft lösbar schienen. Einige Themen und Blogbeiträge sind 2010 bei mir leider aus Zeitmangel unbeschrieben liegengeblieben. Aber es kommen immer weiter neue Themen und 2011 geht es sicher ebenso spannend weiter wie 2010 aufgehört hat.

Zukunftspreis für Festos Bionischen Handling-Assistenten

Arne am 02.12.2010 um 23:03 Uhr - zum Artikel

Zu Recht reißt die Robotik den diesjährigen Zukunftspreis an sich: Festo, die in der Vergangenheit schon durch mit beeindruckenden bionischen Experimenten von sich reden machten, wurden gestern am 1. Dezember zusammen mit dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnik mit dem Deutschen Zukunftspreis 2010 ausgezeichnet. Ausgezeichnet wurden sie für den folgenden Roboterarm:

Der Elefantenrüssel von Festo

Wie schon der Kaffeegreifer besticht diese Entwicklung durch ihr im Kern einfaches Prinzip: Der Arm besteht aus drei Segmenten, die jeweils aus drei Ziehharmonika-förmigen Kunstoff-Hohlkammern bestehen. Jede dieser Kammern wird durch Einpumpen von Luft verlängert und durch Absaugen der Luft verkürzt, wodurch sich der Arm wild verbiegen lässt. Kombiniert mit einem cleveren Greifer, dem Fingripper, der sich um den Gegenstand schließt, den er greift, gibt das eine spannende, neue Robotik-Plattform für den Fertigungseinsatz. Denn wie in der Laudatio richtig gesagt, erlaubt der Roboterarm durch seine weichen, nachgiebigen Strukturen auch eine sichere Zusammenarbeit mit dem Menschen, die in Zukunftsvisionen von industrieller Fertigung eine große Rolle spielt, mit konventionellen schweren Industrierobotern aber nicht denkbar ist. Und auch in der Servicerobotik wird der Bionische Handling-Assistent sicher in Betracht gezogen werden.

Abseits von dem wirklich gut gemachten Werbevideo oben, muss sich nun zeigen, wie gut der Arm beherrschbar ist und sich einsetzen lässt. Die viel beschworene Feinmotorik des Arms – dass er durch seine weiche Struktur und den feinfühligen Greifer auch mit empfindlichen Objekten umgehen kann – setzt nämlich auch voraus, dass man ihn zumindest einigermaßen clever zu den Objekten hinbewegen kann. Und seine ganze Stärke spielt der Arm ohnehin erst aus, wenn auch alle Freiheitsgrade ausgenutzt werden können, um sich wie ein Elefantenrüssel schlängeln und winden zu können, was das Video grob demonstriert, aber noch nicht im wirklichen Einsatz zeigt.

Die Herstellung des Arms ist übrigens auch innovativ: Arm und Greifer kommen nahezu komplett aus einem 3D-Drucker.

Mehr zu dem Arm bei Golem und natürlich bei Festo selbst (PDF).

Universal Jamming Gripper

Arne am 07.11.2010 um 18:58 Uhr - zum Artikel

Kaffee ist ein großartiges Getränk. Dass man damit auch Gegenstände unterschiedlicher Form und Größe heben kann, war bislang wenig bekannt. Genau das zeigt aber das Ergebnis einer Zu­sam­men­ar­beit zwischen dem Cornell Computational Synthesis La­bo­ra­to­ry der University of Chicago und iRobot: der Universal Jamming Gripper:

Der Universal Jamming Gripper

Eine beeindruckende Palette an Gegenständen, die der Greifer (sofern man ihn so bezeichnen mag) hochhebt. Kaffeepulver, ein Luftballon und eine Va­ku­um­pum­pe … so einfach und effektiv kann Technik sein.

Brown, E., Rodenberg, N., Amend, J., Mozeika, A., Steltz, E., Zakin, M., Lipson, H., Jaeger, H.: Universal robotic gripper based on the jamming of granular material, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2010