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Mobiler Manipulator Als mobiler Manipulator wird allgemein ein aus einer selbstfahrenden Basis und einem Roboterarm zusammengesetztes Robotersystem bezeichnet. Sie werden oftmals, vor allem in der Forschung und bei nicht-industriellen Anwendungen, mit dem sehr viel pauschaleren Begriff Serviceroboter bezeichnet. Bei industriellen Anwendungen wird dagegen meist von mobilen Manipulatoren oder mobilen Roboter(armen) gesprochen. Komponenten Mobile RoboterplattformAls mobile Basis können sowohl klassische fahrerlose Transportsysteme als auch mobile Roboter verwendet werden. Die Verwendung eines mobilen Roboters hat den Vorteil, dass dieser frei und autonom im Raum navigieren kann und so den Manipulator bei Problemfällen (Zielobjekt außer Reichweite, Manipulation von der aktuellen Position aus kinematisch nicht möglich, Änderung in der Position der zu bearbeitenden Teile etc.) unmittelbar unterstützen kann, anstatt ihn nur auf eine fest vorgegebene Position zu transportieren. Dabei ist die Manövrierfähigkeit der Plattform von großer Bedeutung. Im Gegensatz zu FTS kann ein mobiler Roboter auch jederzeit dynamisch zugewiesene Positionen anfahren. Allerdings stößt die klassische Differentialkinematik besonders in unmittelbarer Nähe zu Arbeitsstationen an ihre Grenzen und das Versetzen des Roboters ist dann nur durch mehr oder weniger aufwändiges Rangieren möglich. Die Verwendung omnidirektionaler Antriebe setzt sich deshalb immer mehr durch. AblagemöglichkeitenWenn der mobile Manipulator Objekte auch effizient transportieren soll, muss er mit geeigneten Ablagemöglichkeiten ausgestattet sein. Diese können, bei entsprechender Gestaltung, auch verwendet werden, um das Wechseln des Griffs zu ermöglichen, ohne dass ein zweiter Arm eingesetzt wird. (Eine Bierflasche, die am Verschluss aus dem Kasten gezogen wurde, muss zum Beispiel erst abgestellt und am Korpus gegriffen werden, ehe eingeschenkt werden kann.) Größere Ablagemöglichkeiten machen die Arbeit des Roboters zwar prinzipiell effizienter, erschweren aber auch die Navigation des Fahrzeugs. ManipulatorarmDies kann sowohl ein Industrieroboter als auch ein speziell entwickelter Roboterarm sein. Da mittlerweile auch eine Auswahl kleiner und leichter Roboterarme kommerziell erhältlich ist, ist die Verwendung von selbst entwickelten Armen stark zurückgegangen. (Siehe hierzu auch: Flexibler Manipulatorarm) GreiferDer Endeffektor muss passend für das zu manipulierende Gut ausgewählt werden. Anthropomorphe Greifer mit mehreren beweglichen Fingern sind zunehmend verfügbar und werden vor allem in der Forschung eingesetzt. BildverarbeitungWenn der Roboter Teile in der Arbeitsumgebung manipulieren soll, ist fast immer ein Bildverarbeitungssystem erforderlich. Wenn nur fest gelernte Armbewegungen ausgeführt werden sollen, muss zumindest der Versatz zwischen der aktuellen und der beim Einlernen verwendeten Plattformposition festgestellt und berücksichtigt werden. Um die Aufgaben menschlicher Arbeiter zu übernehmen, muss der Roboter zusätzlich noch mit mehr oder weniger ungeordneten Teilen (auch als Griff in die Kiste bekannt) oder variablen Ablageorten zurechtkommen. Koordinierende SteuerungDie einzelnen Steuerungen von mobilen Robotern und Roboterarmen sind bereits seit Jahrzehnten im Einsatz und weit entwickelt. Bei der Kombination beider Systeme entsteht jedoch eine sehr große Anzahl möglicher Fehler- und Problemfälle, die es nötig macht, eine zusätzliche koordinierende Steuerung hinzuzufügen. Diese sollte vor allem selbstständig Lösungswege finden, wenn die befohlene Manipulation nicht ausgeführt werden kann, aus einer anderen Pose aber möglich wäre. Hilfreich ist dabei die Steuerung des Gesamtsystems als eine geschlossene kinematische Kette, was jedoch in der Umsetzung aufgrund hoher Redundanz ausgesprochen schwierig ist. SicherheitssystemPrinzipiell ist es möglich, die Sicherheitseinrichtungen, die für stationäre Manipulatorarme bzw. normale autonome Fahrzeuge eingesetzt werden, auch für mobile Manipulatoren zu nutzen. Wenn sich ein mobiler Manipulator jedoch den Arbeitsbereich mit Personen oder zumindest anderen Fahrzeugen teilt, werden an das Sicherheitssystem gänzlich neue und sehr hohe Anforderungen gestellt, da sehr viele mögliche Gefahrensituationen entstehen. Vor- und NachteileBei der Kombination von mobilen Roboterplattformen mit Roboterarmen sind die sich ergebenden Vor- und Nachteile größer als die Summe ihrer jeweiligen Teile. Vorteile:
Nachteile:
EinsatzbereicheDie möglichen Einsatzbereiche mobiler Manipulatoren sind vielfältig und zurzeit noch nicht vollständig absehbar. Einige bekannte Anwendungen sind: Hol- und Bringdienste im HaushaltAngeführt von der weit verbreiteten Applikation Bier holen[2] werden vor allem in Forschungsprojekten im Bereich Servicerobotik vorzugsweise Aufgaben zu Demozwecken herangezogen, die auch in Privathaushalten auftreten und dementsprechend medienwirksam sind. Die wissenschaftliche Herausforderung ist bei diesen Aufgaben meist erheblich höher als der zu erwartende wirtschaftliche Nutzen. PflegeMit zunehmendem Anteil älterer und pflegebedürftiger Menschen wird auch der Bedarf an Pflegekräften zunehmen. Es wird erwartet, dass sich bis 2050 der Anteil der pflegebedürftigen Menschen bezogen auf die Zahl der Erwerbstätigen verdreifacht.[3] In diversen Forschungsprojekten wird deshalb, vor allem in Japan, intensiv an Pflegerobotern gearbeitet. KommissionierungMomentan laufen Entwicklungsprojekte, um mobile Manipulatoren in der Kommissionierung schwerer oder unhandlicher Bauteile einzusetzen. Dort sollen Fehlgriffe, die hohe Folgekosten verursachen können, verhindert werden. Außerdem werden menschliche Arbeiter von auf Dauer gesundheitsschädlichen Aufgaben befreit, was umso relevanter wird, je weiter das Durchschnittsalter in der Belegschaft steigt. Meilensteine
HerstellerDie wichtigsten Hersteller von kommerziellen mobilen Manipulatoren sind:
WeblinksHersteller: Forschungsprojekte und -Institute:
Einzelnachweise
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