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antriebstechnik 8/2015

antriebstechnik 8/2015

ROBOTIK UND MOTION

ROBOTIK UND MOTION CONTROL I SPECIAL Kleiner ganz groß in Open Source Motoren und Planetengetriebe sorgen für Meilenstein in der Robotik Anja Schütz Der Youbot ist ein kleiner mobiler Roboter, der als Open-Source-Plattform für wissenschaftliche Forschung und Lehre entwickelt wurde. Der Roboter besteht aus einer mobilen Plattform und einem Roboterarm – für den Antrieb dieser Komponenten sorgen intelligente Antriebssysteme. 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 Refe- Anja Schütz ist Redakteurin bei der Maxon Motor AG in Sachseln/Schweiz renzplattform für die Forschung und Ausbildung im Bereich der mobilen Manipulation. Das bisher primär als Industrieroboterhersteller weltweit bekannte Unternehmen hat damit eine Open-Source-Referenz-Plattform für die Robotik-Forschung geschaffen, die es Forschern, Entwicklern und Robotik-Studenten ermöglicht, ihre eigene Steuerungsund Applikationssoftware zu schreiben, z. B. um Ikea-Tische zu montieren oder Kleinladungsträger und Bauteile in der „Fabrik der Zukunft“ zu transportieren. Antriebe für 500 g Gewicht Der Youbot besteht aus einem omnidirektional verfahrbaren Chassis und einem oder zwei darauf montierten Roboterarmen. 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 bewegt 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 überlagern kann. So werden omnidirektionale Bewegungen einschließlich Seitwärts- und Diagonalfahrten möglich.

SPECIAL I ROBOTIK UND MOTION CONTROL 01 Die Steuersoftware des Roboters ist ein Linux-basiertes Open-Source- System, das über eine Reihe von offenen Schnittstellen verfügt 02 Der Youbot im Detail – 1: Basis, 2: Plattform, 3: Armgelenk 2, 4: Armgelenk 3, 5: Armgelenk 5, 6: Greifer, 7: Armgelenk 4, 8: Armgelenk 1 Auf der Plattform ist ein rund 66 cm langer Arm montiert, an dessen Ende sich ein Greifer mit zwei Fingern befindet, mit denen der Roboter Gegenstände von einer Größe bis zu 70 mm und einem Gewicht von bis zu 500 g bewegen kann. Der Roboterarm besteht aus fünf Gelenken, die alle von Maxon Motor Antriebssystemen bewegt werden. Für diese Aufgabe kommen Motor-Getriebe-Encoder-Kombinationen zum Einsatz. Planetengetriebe für mehr 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 Motor 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 Flachmotoren (EC45 flat, EC32 flat) in Kombination mit Sondergetrieben und Encodern verwendet. Für die Plattform kommen vier bürstenlose Flachmotoren (EC45 flat, EC32 flat) aus dem Hause Maxon Motor zum Einsatz. Der bürstenlose EC45 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 von 46 g bis 110 g. Die Gelenke des Roboterarms sind mit Posi tionsgebern (Encoder) von Maxon Motor verbunden, um eine Winkelmessung der Gelenke zu ermöglichen. Der Kuka Youbot kann bereits jetzt als Meilenstein der Robotikforschung und -entwicklung bezeichnet werden. Das Augsburger Unternehmen 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. www.maxonmotor.de 03 Mehrere Antriebe von Maxon Motor kommen im Roboter zum Einsatz antriebstechnik 8/2015 51

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