KEM Konstruktion Kollaborative Robotik 2018

Bild: Fraunhofer IPA
Serviceroboter Care-O-bot im Elektronikfachmarkt
Eine Besonderheit der Antriebsmodule
stellt die integrierte Federung dar
Bild: Fraunhofer IPA
Das Fraunhofer IPA entwickelt omnidirektionale Antriebe für mobile Serviceroboter
Jedem Manöver gewachsen
Wenn mobile Roboter in Alltagssituationen eingesetzt werden sollen, beispielsweise als Helfer im
Haushalt oder als Verkaufshilfe in einem Elektronikfachmarkt, müssen sie in der Lage sein, Engstellen
zügig zu passieren und Zielpositionen sicher anzufahren. Mit herkömmlichen Antriebssystemen kommt
der Serviceroboter dabei jedoch schnell ins Straucheln. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik
und Automatisierung IPA beschäftigt sich daher mit der Entwicklung omnidirektionaler Antriebe für
Roboter-Plattformen, die ein Drehen auf der Stelle sowie ein Fahren zur Seite ermöglichen.
Dipl.-Ing. Theo Jacobs, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Helfer auf wendigen Rädern
PLUS
rob@work wurde als
flexibler Assistenzroboter
für Produktionsumgebungen
konzipiert
Bild: Fraunhofer IPA
Die vom Fraunhofer IPA entwickelten Systeme Care-O-bot- und
rob@work (Bild) nutzen für die Navigation eine omnidirektionale Plattform
mit vier gelenkten und angetriebenen Rädern. Diese Kinematik
ermöglicht es ihnen, sich auf der Stelle zu drehen, vorwärts, rückwärts
oder seitwärts zu fahren und damit auch enge Passagen sicher
zu passieren. Dabei sind die Roboter zudem in der Lage, selbstständig
einen optimalen, kollisionsfreien Weg zu einem gegebenen Ziel zu errechnen
und zu verfolgen. Auftretende Hindernisse wie Möbelstücke
oder Personen werden mit Hilfe von Sensorik erkannt und von den
Robotern automatisch umfahren.
www.care-o-bot.de
Die meisten kommerziell verfügbaren Roboter-Plattformen nutzen
bisher Differentialantriebe oder Dreiradkinematiken. Diese
haben jedoch den Nachteil, dass mit ihnen eine Orientierungsänderung
während des Fahrens und insbesondere ein Fahren seitwärts
nicht möglich ist. Erst der Einsatz omnidirektionaler Antriebe bietet
die geforderte Flexibilität. Roboter mit omnidirektionalem Fahrwerk
sind in der Lage, auch in engen, verwinkelten Umgebungen, ohne
lästige Rangierbewegungen an ihr Ziel zu gelangen. Das Fraunhofer
IPA setzt deshalb seit langem auf Antriebsmodule mit gelenkten
Standardrädern.
Wendig mit gelenkten Rädern
Die Nutzung mehrerer angetriebener und gleichzeitig gelenkter Räder
hat gegenüber herkömmlichen Spezialrädern wie z. B. Mecanum-Rädern
einige wichtige Vorteile: So ist ein sicherer Vortrieb
auch bei glattem oder gar losem Untergrund gewährleistet. Durch
die große Kontaktfläche mit dem Boden lassen sich hohe Traglasten
und ein ruhiger, geräuscharmer Lauf realisieren. Darüber hinaus
können Material und Elastizität der Reifen leicht an den jeweiligen
Einsatzbereich angepasst werden.
Entscheidende Faktoren für den Aufbau einer kompakten mobilen
Plattform sind die vom Boden aus gemessene Höhe des eingesetzten
Fahr-Dreh-Moduls und der benötigte Raum für eine volle Umdrehung
um die Hochachse. Um hier gute Werte zu erreichen, wird
ein Nabenantrieb mit integrierter Getriebeeinheit verwendet. Dieser
fasst Motor, Resolver, Bremse und Planetengetriebe in einem Ge-
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