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Roboy: Robotik trifft Additive Fertigung. (Quelle: EOS. Roboy Design by Devanthro Society. Fotograf: Adrian Baer).

Humanoide Roboter im Blickpunkt

 

Aktuelle Entwicklungsziele in der Robotertechnik sind durch drei Schwerpunkte gekennzeichnet: Als Erstes soll die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) zusätzliche »sichere« Roboter-Anwendungen ermöglichen, in denen Mensch und Roboter ohne trennenden Schutzzaun Hand-in-Hand im Einsatz sind. Zweitens sollen durch mobile Roboter sogenannte »explorative« Aufgaben in gefährdeten zivilen, in militärischen und auch in weltraumtechnischen Anwendungen gelöst werden. Zum Dritten werden Versuche unternommen, den Robotern »fehlende« sensorische Fähigkeiten zu verleihen bis hin zur Implementierung von KI-Algorithmen. Quasi als Langzeiterwartung ist den genannten Entwicklungstrends die Realisierung menschenähnlicher Maschinen überlagert. Mit der Schaffung von humanoiden Robotern sind vielfältige Ziele verbunden, die von sozialen Anwendungen über intelligente Assistenzroboter bis hin zum vollkommenen Ersatz menschlicher Aktionen durch Roboter reicht. Des Weiteren geht es auch darum, sämtliche Entwicklungsbestrebungen irgendwie zusammen zu führen.

Als einer der Gradmesser solcher Zielsetzungen hat sich jüngst die Fachmesse CES in Las Vegas/ USA hervor getan. Eigentlich handelt es sich bei CES um eine Computerfachmesse, aber die genannten Entwicklungsziele der Robotik haben auch eine Änderung bei den Akteuren bewirkt. Denn in einem Bericht von der Messe heißt es, dass »… gefühlt nahezu jeder zweite Aussteller auf der CES einen eigenen Roboter vorgestellt hat, der angeblich vor künstlicher Intelligenz nur so strotzt. Viele dieser Modelle sollen dabei als Haustier-Ersatz dienen. So bringt Sony beispielsweise den Roboterhund »Aibo« wieder zurück ins Geschehen. Bosch zeigte die aktuellste Version von »Kuri«, und Bluefrog Robotics stellte den Prototypen »Buddy« vor, der noch dieses Jahr im September für 1.500 US-Dollar auf den Markt kommen soll – auch in Europa. LG präsentierte sogar 3 neue Hilfsroboter: Der »Serving Robot« soll in Restaurants Essen servieren, der »Porter Robot« in Hotels Koffer tragen und der »Shopping Cart Robot« soll in Supermärkten beim Einkauf helfen.« (Zitat Ende)

Das Roboterprojekt »Kuri« von Bosch (mehr Infos unter: www.heykuri.com) soll noch in diesem Jahr für umgerechnet 650 Euro (699 US-Dollar) auf den Markt kommen und kann zumindest in den USA schon vorbestellt werden. Dieser 50 cm große Roboter soll nach Angaben des Herstellers die Rolle eines Hausroboters übernehmen,

der die Familie unterhält, sie im Alltag unterstützt und im Haus nach dem Rechten schaut, wenn gerade niemand da ist. »Kuri« kann sich frei im Wohnraum bewegen und ist mit Lautsprechern, Mikrofon, Kamera sowie mehreren Sensoren ausgestattet. Kuri kann Gesichter wiedererkennen und reagiert beispielsweise auf den Vater anders als auf das Kind. Er spricht eine eigene Robotersprache, die allerdings sehr leicht zu lernen sein soll. Per App gibt Kuri den Eltern Bescheid, wenn auf Patrouille ein lautes Geräusch gehört wurde oder wenn die Kinder nach Hause kommen. Der Roboter folgt auf Kommando und kann zum Beispiel dabei Musik oder ein Hörbuch abspielen. Noch ist der Funktionsumfang sehr begrenzt oder – wie es seitens des Herstellers heißt - recht übersichtlich, doch Kuri soll kontinuierlich per Software-Updates verbessert werden. Ist das aber tatsächlich ein Roboter?

 

Der industrietypische humanoide Roboter

 

Die Entwicklung von zukunftsfähigen Robotern gehört schon seit längerem weltweit zu den auffälligsten Anstrengungen. Sowohl die Roboterhersteller als auch universitäre und institutionelle Forschungseinrichtungen favorisieren dabei -  neben den eingangs erwähnten drei Schwerpunkten – den humanoiden Aufbau von Robotern. Solche als universell eingestuften Aufbauten – und vor allem deren sensorische und Bewegungen ermöglichenden Innereien -  sind mit Kuri und Co. nicht vergleichbar. Das Kraillinger Unternehmen Electro Optical Systems EOS unterstützt beispielsweise das Forschungsprojekt »Roboy«, das den menschlichen Bewegungsapparat nachbildet, um die Robotertechnik voranzutreiben.

EOS sieht sich als weltweiter Technologie- und Qualitätsführer für High-End-Lösungen im Bereich der Additiven Fertigung (AF). Mit der Beteiligung am Roboy-Projekt unterstützen die Kraillinger die Schweizer Gesellschaft Devanthro und das Forschungsprojekt Roboy an der Technischen Universität München. Ziel des Projekts ist es, einen Roboter zu bauen, der sich genauso bewegt wie ein Mensch. Dahinter steht die Vision, die Roboy-Modelle iterativ zu verbessern, bis ihre Geschicklichkeit, Widerstandsfähigkeit und Flexibilität denen eines Menschen ähneln.

Verbunden mit der ehrgeizigen Zielsetzung gilt es, ein geeignetes »Packaging« per Additiver Fertigung zu realisieren. Denn der erste Prototyp, Roboy Junior, hat Muskeln und Sehnen anstelle von Motoren in den Gelenken.

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Auf der CES 2017 hat fast jeder Aussteller einen eigenen Roboter vorgestellt, der vor künstlicher Intelligenz nur so strotzt. Sony zeigte z. B. den Roboterhund Aibo, und Bosch zeigte die aktuellste Version von »Kuri«, einem Hausroboter. LG präsentierte 3 neue Hilfsroboter: Der »Serving Robot« soll in Restaurants Essen servieren, der »Porter Robot« in Hotels Koffer tragen und der »Shopping Cart Robot« in Supermärkten beim Einkauf helfen.

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

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. Additive Fertigung (AF) bzw. 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. Von der Roboy-Projektleitung wurde dies wie folgt kommentiert: »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.«

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Bei der Roboy-Entwicklung kam daher in hohem Maße die Additive Fertigung zum Einsatz: Der gesamte Körperaufbau des Roboy, der als Gehäuse für die Muskeln und Sehnen dient, wurde additiv mit EOS Systemen zur 3D-Kunststoffverarbeitung gefertigt. Der Einsatz des industriellen 3D-Drucks, eine übliche Bezeichnung für AF, bietet mehrere wichtige Vorteile, darunter die Möglichkeit zur Erstellung komplexer, funktionaler Geometrien sowie die Unterstützung einer schnellen und iterativen Hardwareentwicklung. Die AF-Technik von EOS spielt dabei eine Schlüsselrolle – sie erlaubt die schnelle Herstellung von Roboy-Teilen in geringer Stückzahl und damit die iterative Hardwareentwicklung, die für das Projekt entscheidend ist.

 

Vorteile durch Additive Fertigung

 

Mittels Additiver Fertigung wird die Realisierung höchst komplexe Strukturen möglich, die gleichzeitig sehr leicht und stabil sein können. Die AF-Technik bietet zudem ein hohes Maß an Designfreiheit, Funktionsoptimierung und -integration und ermöglicht das Herstellen kleiner Losgrößen zu wirtschaftlichen Stückkosten. Die Roboy-Entwicklung profitiert von solchen Vorteilen: Durch die 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 erforderlichen Montageschritte entfällt. Die Hände und Unterarme des Roboy wurden beispielsweise in einem Stück gefertigt, einschließlich mehrerer Gelenke und einzelner Fingerglieder.

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Showdown bei der Fachmesse Automatica 2009 – die DLR-Fünffingerhand: The DLR Hand Arm System is a highly dynamic and fully integrated mechatronic system which uses an anthropomorphic design. It exhibits impressive robustness by using a complete variable stiffness actuation paradigm. It aims at reaching the human archetype in most of its performances and its design. Quelle DLR, Fotos Klinker (2)

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Die DLR HIT Hand II (links) wurde vom HIT (Harbin Institute of Technology, China) und dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt und ist die Weiterentwicklung der DLR HIT Hand I (Bild rechts). Im Unterschied zur ersten Version hat die DLR HIT Hand II fünf modulare Finger und ist zusätzlich kleiner und leichter. Sie wurde wie ihre Vorgänger mit dem IF Design Award ausgezeichnet. Im DLR wird die Hand auf dem Telemanipulationssimulator Space Justin verwendet, um mit Hilfe von geteilter Autonomie (shared autonomy) Objekte zu greifen. Dieser Ansatz unterstützt den menschlichen Telemanipulator z. B. bei Weltraummissionen beim Greifen von Objekten, indem die Greifplanung von Roboter übernommen wird. Weiterhin wird daran geforscht, die modularen Finger als Mensch-Maschinen-Interface zu nutzen. Quelle: DLR; Foto: Klinker

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