Disney Research Robotics entwickelt Hybridantrieb der nächsten Generation
Eine Gruppe von Roboteringenieuren von Disney Research und eingeladenen begeisterten Spezialisten hat einen Roboter mit einer neuen Generation hydrostatischer Antriebe entwickelt, der erstaunlich genau und reibungslos menschliche Bewegungen simulieren kann. Innovative Antriebe, die pneumatische und hydraulische Elemente in der Konstruktion kombinieren, können den Bewegungen des Roboters eine wesentlich höhere Bewegungsgenauigkeit verleihen und zerbrechliche Objekte fein erfassen und halten.Es gibt zwei Haupttypen von Motorsystemen, die die Motoraktivität des Roboters unterstützen - pneumatisch und hydraulisch. Jeder von ihnen hat seine eigenen einzigartigen Vorteile, ist jedoch auch mit einer Reihe technischer Einschränkungen konfrontiert, die letztendlich den Grad der Rückmeldung und Steuerung der vom Roboter ausgeführten Bewegungen bestimmen.So geben Hydrauliksysteme jeder Maschine Hercules Kraft, bieten eine ausreichend hohe Bewegungsgenauigkeit und bieten Möglichkeiten für die Implementierung und flexible Konfiguration von Rückmeldungen. Gleichzeitig sind solche Systeme nicht kompakt und schwer, sie sind zu 100% von externen Stromquellen abhängig. Ein einfaches und zuverlässiges pneumatisches System erfordert keine externe Stromquelle, unterwirft jedoch die Anordnung der Kabelwege und Motoren erheblich, weist eine schlechte Rückkopplungsqualität auf und bietet ein Minimum an Steuerungsoptionen. Elektrische Systeme nehmen je nach dem Grad der offenbarten Fähigkeiten eine Zwischenposition ein.Eine Gruppe von Forschern bei Disney Research, die einen Hybridantrieb entwickelt haben, ist bereits mit der Fachwelt für die Herstellung von Robotern vertraut, die die fortschrittlichsten Technologien verwenden, darunter Microsoft Kinect, Xtion Pro Live von ASUS und andere. Die Ingenieure des Unternehmens stellten bereits 2012 ihren Roboter vor, der geschickt Bälle mit Menschen wirft Jahr.Ein weiteres Beispiel ist der Roboter japanischer Ingenieure, der mit einer Hand präzise und schnell jonglieren kann. Dies wurde von den Entwicklern auf der Internationalen IEEE-Konferenz für Robotik und Automatisierung 2012 (Internationale IEEE-Konferenz für Robotik und Automatisierung 2012, ICRA) demonstriert.Jetzt hat ein Team von Disney Research-Ingenieuren unter der Leitung von John P. Whitney von der Northeastern University einen einzigartigen hydraulisch-pneumatischen Antrieb entwickelt, der die Vorteile von pneumatischen und hydraulischen Systemen kombiniert, die immer noch getrennt verwendet werden. Bei dem neuen Antrieb wird anstelle von Gelenken, die vollständig von einem Paar Hydraulikventilen gesteuert werden, die Bewegung in eine bestimmte Richtung durch Hydraulik ausgeführt, und die Rückkehr in ihre ursprüngliche Position wird durch Pneumatik ausgeführt. Diese Lösung ermöglichte es uns, das Design des Antriebs erheblich zu vereinfachen und die Fähigkeiten der Pneumatik als zusätzlichen Dämpfer zu nutzen, um Bewegungen mit erhöhter Laufruhe und Natürlichkeit zu ermöglichen.
Der von den Ingenieuren vorgeschlagene Hybridantrieb verwendete einen einzigen Motor, das Hydrauliksystem wird erheblich erleichtert. Infolgedessen erwies sich das gesamte Design als schnell, einfach und genau. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Hybridsystems im Vergleich zu Robotersystemen mit sauberer Hydraulik ist das Fehlen einer strengen Abhängigkeit von der Stromversorgung. Die verbleibende Druckluftzufuhr im pneumatischen Teil des Systems kann eine begrenzte Menge nützlicher Arbeit leisten. So kann ein Roboterchirurg mit ähnlichen Antrieben bei Ausfall des Fütterungslaborkomplexes den Arm mit dem Instrument in seine ursprüngliche Position zurückbringen, wodurch der menschliche Chirurg Zugang zum Körper des Patienten erhält.Für Prüfstandstests bereiteten die Ingenieure den einfachsten Prototyp eines Hybridsystems ohne untere Gliedmaßen vor. Der obere Teil des humanoiden Roboters verfügt über zwei Manipulatoren mit jeweils vier Freiheitsgraden. Am Kopf des Roboters sind stereoskopische Miniaturkameras installiert, die dem Roboter die Möglichkeit des Sichtkontakts mit der Umgebung und im Falle der Umstellung auf die Fernbedienung die Möglichkeit bieten, ein Bild der Realität an einen menschlichen Bediener zu übertragen.Die Fernsteuerung des Roboters wird durch spezielle Handsteuerungen ermöglicht, die Feedback geben. Mit einem Virtual-Reality-Helm löscht der Bediener somit die Grenze zwischen sich und dem Roboter. Letzteres wiederholt in diesem Fall genau die Bewegungen der Person, und die Person sieht alles, was vor dem Kameraauge des Roboters passiert. Die Genauigkeit der Wiederholung von Bewegungen und die Auflösung von Rückkopplungen ist so, dass eine Person, die die Hände eines Roboters verwendet, eine Nadel in das Auge einfädeln und ähnliche ultrapräzise Manipulationen durchführen kann. Gleichzeitig reichen die Bewegungsgeschwindigkeit, die Reaktionsgeschwindigkeit und das Koordinationsniveau aus, um schnelle Manipulationen vorzunehmen - den geworfenen Ball zu fangen usw.
"Die neuen Hybridantriebe verleihen dem Roboter eine unglaubliche Laufruhe und Bewegungsgeschwindigkeit, die es ihm ermöglicht, zerbrechliche Objekte zu manipulieren, mit Menschen oder Tieren zu interagieren und sehr heikle Operationen durchzuführen", sagte Jessica Hodgins, Vizepräsidentin von Disney Research und Professorin für Robotik an der Carnegie University. Melone, - „Jetzt kann der Roboter nur noch mit Hilfe der Fernbedienung arbeiten. Er kann jedoch unter Beibehaltung aller Parameter der mechanischen Bewegung in einem automatischen Modus arbeiten. Und Arbeiten in diese Richtung werden bereits von unseren Spezialisten durchgeführt. “Entwickler beabsichtigen, auf der Internationalen IEEE-Konferenz für Robotik und Automatisierung ICRA 2016 (IEEE-Konferenz für Robotik und Automatisierung) in Stockholm detaillierter über neue Hybridantriebe, ihre Eigenschaften und Perspektiven für den Einsatz in der Robotik zu berichten.Quelle
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