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DER KONSTRUKTEUR 6/2015

DER KONSTRUKTEUR 6/2015

ROBOTIK I SPECIAL

ROBOTIK I SPECIAL Kleiner Roboter ganz groß EC-Motoren bewegen mobilen Forschungsroboter Anja Schütz Roboter sind zurzeit ein interessantes Forschungs- und Entwicklungsfeld sowohl in der Industrie als auch an Hochschulen. Der im Folgenden vorgestellte kleine mobile Roboter wurde als Open-Source-Plattform für wissenschaftliche Forschung und Lehre entwickelt. Der Roboter besteht aus einer mobilen Plattform und einem Roboterarm – für den Antrieb dieser Komponenten sorgen Antriebssysteme auf Basis von bürstenlosen EC-Motoren. Einem Roboter Schritt für Schritt etwas beizubringen und sich mit anderen über die eigens geschriebenen Programme auszutauschen, ist wohl für jeden Robotik-Studenten eine großartige Herausforderung. Um gerade die wissenschaftliche Forschung und Lehre zu unterstützen, hat das Augsburger Unternehmen Kuka den youBot- Roboter entwickelt. Der per Open-Source- Software gesteuerte mobile Manipulator mit omnidirektionaler Basis und einer Robotermechanik mit fünf Freiheitsgraden gilt knapp zwei Jahre nach Markteintritt als die Referenzplattform für die Forschung und Ausbildung im Bereich der mobilen Anja Schütz, maxon motor, Sachseln (CH) Manipulation. Das bisher primär als Industrieroboterhersteller weltweit bekannte Unternehmen KUKA hat damit eine Open-Source-Referenz-Plattform für die Robotik-Forschung geschaffen, die es Forschern, Entwicklern und Robotik-Studenten ermöglicht, ihre eigene Steuerungs- und Applikationssoftware zu schreiben, beispielsweise um Ikea- Tische zu montieren oder Kleinladungsträger und Bauteile in der „Fabrik der Zukunft“ zu transportieren. Mobiler Manipulator Der Kuka youBot besteht aus einem omnidirektional verfahrbaren Chassis und einem oder zwei Roboterarmen, die auf dem Chassis montiert werden. In das Chassis sind ein Industrie-PC und ein Akku integriert. Der Industrie-PC kommuniziert in Echtzeit (1 ms Takt) via EtherCAT mit seinen insgesamt neun Antrieben, die in Strom-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung betrieben werden können. Roboterplattform und Arm können auch unabhängig voneinander genutzt werden. Das youBot-Chassis ist nur 53 cm lang, 36 cm breit und knapp 11 cm hoch und be- 40 Der Konstrukteur 6/2015

01 Die bürstenlosen EC-Motoren zeichnen sich durch hohe Drehmomentfestigkeit in kompakter Bauform aus wegt sich auf vier Mecanum-Rädern fort. Das sind spezielle Räder, deren Lauffläche aus im 45°-Winkel über den Radumfang verteilten Rollen besteht, wodurch der youBot in jedem Moment translatorische und rotatorische Bewegungen beliebig über lagern kann. So werden omnidirektionale Bewegungen einschließlich Seitwärts- und Diagonalfahrten möglich. Auf der Plattform ist ein rund 66 cm l anger Arm montiert, an dessen Ende sich ein Greifer mit zwei Fingern befindet, mit denen der Roboter Gegenstände von einer Größe bis zu Für den Roboter wurde ein leichtes, präzises und robustes Spezialgetriebe entwickelt 70 mm und einem Gewicht von bis zu 500 g bewegen kann. Der Roboterarm besteht aus fünf Gelenken, die alle von Antriebssystemen des Herstellers Maxon bewegt werden. Für diese Aufgabe kommen Motor-Getriebe- Encoder-Kombinationen zum Einsatz. Planetengetriebe für maximale Bewegungsfreiheit Da der vorhandene Platz im youBot begrenzt ist, aber dennoch im Arm und im Chassis mehrere Motoren und Planetengetriebe untergebracht werden müssen, sind diese Komponenten direkt in die Gelenke des Roboterarms integriert. Dazu entwickelten Maxon und Kuka gemeinsam ein besonders leichtes, präzises und robustes Spezialgetriebe, bei dem sich das Gelenk um das Planetengetriebe herumdrehen kann. Für die Gelenke des Roboterarms werden insgesamt fünf bürstenlose Maxon Flachmotoren (EC45 flat, EC32 flat) in Kombination mit Sondergetrieben und Encodern verwendet. Für die Plattform kommen vier bürstenlose EC 45 Flachmotoren zum Einsatz. Der bürstenlose Maxon EC 45 flat zeichnet sich durch eine einfache Konstruktion mit hoher Drehmomentfestigkeit in kompakter Bauform aus. Die Flachmotoren haben eine Abgabeleistung von 15 bis 50 W, wiegen aber nur 46 g bis 110 g. Die Gelenke des Roboterarms sind mit Maxon Positions gebern (Encoder) verbunden, um eine Winkelmessung der Gelenke zu ermöglichen. Neue Wege gehen Der Kuka youBot kann bereits jetzt als Meilenstein der Robotikforschung und -entwicklung bezeichnet werden. Kuka hat hier bewusst einen ganz neuen Weg beschritten, um den Forschungsmarkt adressieren und die Robotik- Community für Technologietransfers erreichen zu können. Denn gerade durch das Linux-basierte Open-Source-Konzept des Roboters sind Forschern und Wissenschaftlern keine Grenzen gesetzt. Und natürlich treibt die Roboterforschung auch die Entwicklung in der Antriebstechnik voran. Bilder: Kuka und Maxon www.maxonmotor.de www.kuka-labs.com Kabeleinführungssysteme EMV Innovationen „Wir setzen auf universelle Lösungen im Kabelmanagement“ Leitungen ordnen und sichern ‒ mit Zugentlastungssystemen von icotek Einfache Montage Verschiedene Montagearten Kostengünstige Lösung Hohe Packungsdichte Universell einsetzbar Zugentlastung nach EN 62444 © 2015 . icotek gmbh . germany 02 Die Roboter besteht aus einem Chassis und einem oder zwei Roboterarmen innovative.creative.technology

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