Analyse, Modellierung und Programmierung des Geige-spielens an ...

4. Die DLR-Leichtbauroboter der 3. Generation
biologisches Wesen. Bei einer etwas genaueren Betrachtung wird aber erkennbar, dass das
so nicht ganz zutreffend ist. Nehmen wir ein Beispiel: Ein Mensch möchte durch eine Tür
gehen. Um durch die Tür zu kommen, muss er sie vorher öffnen. Nehmen wir einmal an,
dass er eine massive Stahltür vor sich sieht, welche durch Drücken zu öffnen ist. Er wird
nun also auf diese Tür zugehen und noch bevor er diese berühren kann, laufen in seinem
Kopf bereits Berechnungen über die zu erwartende Masse und der somit benötigten Kraft
ab, um diese zu öffnen. Es wird quasi eine Vorsteuerung berechnet. Und, wie der Roboter,
braucht auch der Mensch vorab eine ziemlich genaue Kenntnis über die Systemdynamik
seines Körpers sowie der zu erwartenden Last. Diese wird ihm aber nicht einprogrammiert,
er nimmt sie vielmehr aus seiner Erfahrung. Dass dies nicht von Geburt an so ist,
können wir schon daran erkennen, dass wir schließlich auch erstmal laufen lernen mussten
2 . Es ist natürlich ein interessantes Phänomen, das die “menschliche Vorsteuerung”
unseren Bewegungsablauf dominiert, und die externe Regelung nachfolgend kleinere Abweichungen,
welche durch fehlerhafte Berechnungen z. B. aus fehlerhaften oder fehlenden
Erfahrungen stammten, korrigiert. Das dies wirklich der Fall ist, lässt sich wieder sehr gut
am Tür-Beispiel nachvollziehen: Der Mensch, der sich auf die Tür zubewegt, sieht nun
also eine schwere Stahltür. Da diese voraussichtlich schwer zu öffnen sein wird, berechnet
er (unbewusst) einen hohen Kraftaufwand voraus und stellt die Muskeln bereits darauf
ein. Nehmen wir einmal an, es handele sich bei der Stahltür um eine Fehleinschätzung. In
Wirklichkeit handelt es sich hierbei um eine ähnlich aussehende aber sehr viel leichtere
hohle Aluminium-Tür. Was wird passieren? Der Mensch wird die Tür aufgrund der zu
hoch angesetzten Kraft höchstwahrscheinlich gegen die Wand schleudern, noch ehe eine
nachträgliche Regelung der Kraft aktiv werden konnte. Im umgekehrten Fall würde das
heißen, er berechnet für eine schwere Tür zu wenig Kraft und schafft es in Folge dessen
nicht diese zu öffnen. Nun wird die Regelung aktiv und erhöht den Druck auf die Tür, bis
diese sich schließlich öffnet. Die Vorsteuerung durch unsere Erfahrung und angelernter
Bewegungsalgorithmen spielt in unseren Bewegungen also eine dominierende Rolle.
Somit ist eine Steuerung mithilfe modellierter Massenverteilung ein gar nicht mal so
unnatürlicher Ansatz, wie man zunächst glauben mag. Der große Unterschied besteht
natürlich darin, dass diese Vorsteuerung dem Roboter aufgrund von Messdaten einprogrammiert
wird, während ein Mensch sie erlernt. Letztendlich stellt dies auch u. a. ein
großen Ziel für die Entwickler solcher Systeme dar.
4.2. Der Ballfang-Roboter
Nach dieser kleinen Vorbetrachtung möchte ich nun einige der am Institut entwickelten
Leichtbauroboter kurz vorstellen:
Der Ballfangroboter besteht aus einem auf einer Plattform montierten Arm, in der
Regel mit der aufgesetzten DLR-Hand am TCP. Dieser Arm kann mithilfe von zwei
Kameras ihm zugeworfene Bälle sicher fangen und halten. Für diese Leistung wurde das
Institut weltweit berühmt.
2 Es gibt allerdings auch Untersuchen die zeigen, dass der Mensch bereits von Geburt an ein fertiges
“Laufprogramm” besitzt.
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