Roboter-Forschung Forscher entwickeln humanoiden Laufroboter

Redakteur: Stéphane Itasse

Die TU München, Lehrstuhl für Angewandte Mechanik, und die Freiberger Firma AC Tech entwickeln derzeit im Rahmen des DFG-Paketantrags „Natur und Technik intelligenten Laufens“ den

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Der Laufroboter Lola soll bald so schnell wie ein Mensch laufen können. Bild: TU München
Der Laufroboter Lola soll bald so schnell wie ein Mensch laufen können. Bild: TU München
( Archiv: Vogel Business Media )

Die TU München, Lehrstuhl für Angewandte Mechanik, und die Freiberger Firma AC Tech entwickeln derzeit im Rahmen des DFG-Paketantrags „Natur und Technik intelligenten Laufens“ den humanoiden Laufroboter Lola. Ziel ist es, dem menschlichen Gangbild und der menschlichen Ganggeschwindigkeit näher zu kommen und gleichzeitig die Autonomie des Systems zu erhöhen, so die TU München.

Es wird die durchschnittliche Geschwindigkeit des Menschen von etwa 5 km/h angestrebt, die derzeit nur von Hondas Asimo und Toyotas rennendem Roboter erreicht werden. Die besten der übrigen Systeme erreichen 2 bis 3 km/h.

Engere Integration von Wahnehmung und Laufregelung angestrebt

Die Autonomie des Roboters soll durch eine engere Integration von visueller Wahrnehmung und Laufregelung erhöht werden. Die Regelung muss dabei robuster und flexibler sein und die Stabilität des Roboters über einen möglichst großen Bereich an Laufsituationen sicherstellen.

Das schnelle zweibeinige Laufen stellt sehr hohe Anforderungen an einen humanoiden Roboter und kann nur durch eine sorgfältige Auslegung des mechatronischen Gesamtsystems erreicht werden, wie die Forscher erläutern. Der humanoide Roboter Lola ist 180 cm groß und wiegt zirka 55 kg – wie ein durchschnittlicher Erwachsener.

Leichtbau für den Laufroboter wesentlich

Lolas mechanischer Aufbau zeichnet sich aus durch die redundante kinematische Struktur, den Leichtbau und die modularen, multisensorischen Gelenkantriebe auf Basis bürstenloser Servomotoren. Besondere Sorgfalt wurde auf die Massenverteilung in den Beinen gelegt, um eine hohe Dynamik des Gesamtsystems zu erreichen, heißt es.

Die Entwicklung einer kinematischen Konfiguration, die einen natürlichen, stabilen und schnellen Gang ermöglicht, ist einer der zentralen Fragestellungen. Simulationen und Experimente haben gezeigt, dass sich mit zusätzlichen, redundanten Freiheitsgraden natürlichere und flexiblere Gangmuster realisieren lassen. Die Beine verfügen zu diesem Zweck über jeweils sieben, das Beckensegment über zwei und die Arme jeweils über drei Gelenke. Ein Stereo-Kamerakopf mit drei Freiheitsgraden ist derzeit in Entwicklung.

Die Regelung des Roboters erfolgt auf einem Onboard-PC und mehreren dezentralen Steuermodulen. Die dezentralen Steuerungskomponenten erhöhen die Leistungsfähigkeit: ähnlich hierarchischen Systemen in der Natur werden Sensordaten dezentral verarbeitet und nur relevante Daten an die überlagerte Steuerungsebene weitergegeben. Zusammen mit den Gelenkantrieben und den Sensoren bildet der Onboard-PC ein „intelligentes“ Sensor-Aktor-Netzwerk.

Neues Verfahren zur Planung der Kontaktkraft und Schwerpunkstrajektorien

Schnelleres Laufen erfordert auch eine verbesserte Trajektorienplanung und stabilisierende Laufregelung. Die Planung der Referenztrajektorien wird durch Berücksichtigung der nächsten drei Schritte sowie ein genaueres Modell des Roboters verbessert. Es wird ein neuartiges Verfahren zur Planung der Kontaktkraft- und Schwerpunktstrajektorien eingesetzt. Das Verfahren beruht auf restringierter quadratischer Optimierung und Spline-Kollokation und ermöglicht eine Planung stabiler Gangmuster in Echtzeit.

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