Perfekte Balance

Bild 1 | Nach dem Funktionsprinzip 
des inversen Pendels balanciert der Evobot aufzunehmende Lasten durch die am Fraunhofer IML entwickelte Echtzeitsteuerung vollständig autonom aus, d.h. er hält sich durch kontinuierliche Regelung im Gleichgewicht.
Bild 1 | Nach dem Funktionsprinzip des inversen Pendels balanciert der Evobot aufzunehmende Lasten durch die am Fraunhofer IML entwickelte Echtzeitsteuerung vollständig autonom aus, d.h. er hält sich durch kontinuierliche Regelung im Gleichgewicht.Bild: ©Sebastian Beierle, Fraunhofer IML

Nach dem Funktionsprinzip des inversen Pendels balanciert der Roboter dabei die aufzunehmenden Lasten durch die am Fraunhofer IML entwickelte Echtzeitsteuerung vollständig autonom aus, d.h. er hält sich durch kontinuierliche Regelung im Gleichgewicht. Dieses Prinzip hat mehrere Vorteile: Der Roboter benötigt wenig Platz, kann sich flexibel in engen Umgebungen bewegen und ist hochdynamisch – etwa beim schnellen Drehen auf der Stelle oder beim Überwinden kleiner Unebenheiten. Im Gegensatz zu klassischen, vierrädrigen Transportrobotern ist Evobot dadurch deutlich kompakter, flexibler und agiler. Im Vergleich zu humanoiden Robotern ist der Aufbau deutlich einfacher und der mechanische Aufbau weniger fehleranfällig und kann dennoch auch gegenüber dem menschlichen Gang einen Agilitätsvorteil erreichen.

Bild 2 | Die Maximalgeschwindigkeit des Evobots ist in der 
aktuellen Prototypen-Konfiguration auf 60km/h ausgelegt.
Bild 2 | Die Maximalgeschwindigkeit des Evobots ist in der aktuellen Prototypen-Konfiguration auf 60km/h ausgelegt.Bild: ©Vinzenz Friedrich Neugebauer, Fraunhofer IML

Zwei Arme, viele Möglichkeiten

Besonders innovativ ist die Kombination der Balancierfähigkeiten mit den zwei ansteuerbaren Armen zum Greifen von Objekten in beliebiger, erreichbarer Höhe. Durch die beiden Arme lassen sich Gegenstände vom Boden aufnehmen, anheben, verfahren und abgeben bzw. anreichen. Die an den Armen installierten Greifer sind dabei modular konzipiert, sodass sie dem jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden können. Dabei bleibt er durchgehend in Balance – selbst beim Heben schwererer Objekte oder beim Fahren über unebene Flächen. Möglich wird das durch eine ausgeklügelte Sensortechnik, darunter Inertialsensoren und Kameras, sowie eine leistungsfähige Steuerungseinheit, die Bewegungsdaten in Echtzeit verarbeitet. Erste Auswertungen zeigen, dass Lasten von bis zu 100kg balanciert werden können, wobei der aktuelle Prototyp eine Hubkraft von 30kg aufweist. Durch selbsthemmende Getriebe in den Schultergelenken konnte zudem der Stromverbrauch gering gehalten werden, da der evobot so nahezu keine Energie benötigt, um eine dynamisch stabile Position zu halten.

Vielfältige Anwendungsbereiche

Der Evobot ist zwar noch ein Forschungsprototyp, aber seine Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig: In der Logistik kann er beim Kommissionieren oder im internen Warentransport unterstützen. In der Industrie kann er die Teile- und Materialversorgung sicherstellen und Menschen von belastenden und wiederholenden Aufgaben entlasten. In der Pflege oder im Krankenhausbetrieb kann er einfache Dienste übernehmen, etwa das Bringen von Medikamenten oder den Transport von Betten. Gerade weil er dynamisch, menschenähnlich beweglich und relativ kompakt ist, bietet er sich für Umgebungen an, in denen klassische Transportroboter an ihre Grenzen stoßen.

Herausforderungen und Ausblick

Natürlich steht die Technologieentwicklung auch vor großen Herausforderungen: Die Stabilität auf unebenem Terrain, die Lokalisierung und Navigation in variablen Umgebungen und die Sicherheit im direkten menschlichen Umfeld müssen weiterentwickelt werden. Die autonome Navigation durch kartierte Umgebungen ist bereits möglich und vielversprechende Ansätze zur Lokalisierung werden evaluiert und weiterentwickelt. Zudem ist der Evobot noch nicht für den Massenmarkt ausgelegt. Dennoch sehen Fachleute großes Potenzial – insbesondere, weil sein Design auf Skalierbarkeit und Modularität ausgelegt ist. Die Forscher*innen des Fraunhofer IML arbeiten kontinuierlich an der Verbesserung der bestehenden Prototypen. Dabei können sie auf eine sehr gut ausgestattete Forschungsinfrastruktur zurückgreifen (Pace Lab), in der z.B. das ‚Vicon Motion Capturing System‘ hochpräzise sechsdimensionale Messungen von Objekten im Raum ermöglicht.