Robotik Mein Roboter erledigt das für mich

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1 myresearch Robotik Mein Roboter erledigt das für mich Wien Dipl. Ing.(FH) Christof Hieger Hieger C., Technikum Wien - Institut Mechatronics Persönliche Daten Dipl.Ing.(FH) Christof Hieger Institut Mechatronics hieger@technikum-wien.at am Technikum Wien tätig seit 2007 Schulbildung Automatisierungstechnik HTL u. VA, St.Pölten Fachhochschule Technikum Wien Mechatronik/Robotik Unterricht: Grundlagen der Robotik Industrierobotik Grundlagen der Mechatronik Auslegung und Berechnung von Robotern Robotersimulation Projektschwerpunkte: Industrierobotik Servicerobotik 1

2 Übersicht 1. Do., Forschung und Entwicklung in der Robotik 2. Do., Entstehung der Mechatronik/Robotik Grundlage für den Ist Stand der Technik 3. Do., Industrierobotik Vorbereitung für die Exkursion Technikum Wien 4. Do., Laborübungen Exkursion Technikum Wien 5. Do., Exkursion Roböxotica 6. Do., Projektpräsentationen 7. Do., Entstehung einer Forschungsarbeit 8. Do., Ideenausarbeitung Grundlagen der Robotik Institut Mechatronics Dipl.Ing.(FH) Christof Hieger Industrie- und Servicerobotik Büro: Tower C1.05 2

3 ROBOTER Klassifizierung von Robotern 3

4 Service Roboter Verkaufszahlen bis 2005 prognostizierten Neuinstallationen bis 2009 Service Roboter Bibliotheksroboter Vision System Touch Screen Laser Scanner Rasenmäherroboter 4

5 Service Roboter - CleanAnt Reinigungsarbeiten an Fassaden Inspektionen und Arbeiten im Inneren von großen Tanks Service Robotik Care-O-bot 3 Grundfläche: 580mm x 800mm Höhe: 1450 mm Betriebsdauer: 3h Geschwindigkeit: 1,5 m/s PC-Steuerung: 3 x Brick PCs 1 x PC/104 Schnittstelle: CAN Bus, Seriell, USB Firewire Antrieb: Omnidirektional Lange Nacht der Forschung an der Fachhochschule Technikum Wien!!! Abb.: Care-O-bot 3, Fraunhofer Institut IPA 5

6 Service Robotik Care-O-bot 3 Unterstützung des Menschen im Haushalt erste Prototyp wurde 1998 entwickelt 7 DOF im Arm 7 DOF 3 Finger- Greifer Stereovision Farbkamera 2x Laserscanner Sick S300 3-D Tiefenbildkamera Ultraschallsensoren Laserprojektor am Greifer flexibles Material für die Hülle Omnidirektionaler Antrieb Abb.: Airtrax Sidewinder Video 6

7 Sensoren Definition: Ein Sensor (lat. Sensus = der Sinn) ist ein mechanisch- elektronisches Bauteil, das ein gemessenes physikalische oder chemische Größe (z.b. Temperatur, Druck oder Entfernung) in ein geeignetes elektrisches Signal umwandelt. Abb.: verschiedene Integrationsstufen bei Sensoren (Niebuhr, 2002) Abb.: Sinnesorgane des Menschen (Gnetz, [Online] Laserscanner Eigenschaften: sehr klein Scanwinkel : 270 Feldreichweite : 2m Gewicht: 1,2 kg Datenschnittstelle: RS232 Einstellbare Objektauflösung Abb.: Sick S300 Prinzip der Pulslaufmessung: gepulster Infrarot- Laserstrahl (λ = 905 nm) reflektierten Laserimpuls wird empfangen Zeit ist proportional zur Entfernung Drehspiegel lenkt Laserstrahl in die Umgebung Messdaten bestehen aus n Wertpaaren von Distanz und Winkel Abb.: Funktionsprinzip Laserscanner S300 7

8 Roboter als Wächter Secure-O-bot Entwickelt am Fraunhofer Institut IPA Erkennung von Rauch und gefährlichen Gasen Detektion von Brandherden Personenerkennung in dunklen Räumen (Infrarot- und Wärmebildkamera) Wahrnehmung kleinster Geräusche (hochempfindliche Mikrofone) Einsatz Kameras Vorteile Keine Gefährdung des Wachpersonals Unbestechlich und Zuverlässig Keine Ermüdung Abb.: Sensorsonde Abb.: Bewachungsroboter Secure-O-Bot Roboter als Gesellschafter AIBO (jap. Freund ) Artifical Intelligence Robot erster Prototyp 1997 insgesamt 20 DOF, 20 Motoren Zuneigungs-, Such-, Bewegungs-, Lade-, Schlafinstinkt Betriebsdauer 1,5 h (7 Watt) Gewicht 1,5 kg Sensoren: Drucksensor Beschleunigungssensor Temperatursensor Abstandssensoren Abb.: Aibo von Sony 8

9 AIBO AIBO Haupt- Contoller Board Ohren 64 bit RISC Prozessor 384 MHZ 32MB Arbeits- Speicher LED s Hinterteil- Controller 9

10 Komponenten von AIBO RISC-Prozessor Reduced Instruction Set Computing (Rechnen mit reduzierten Befehlssatz) - verringerter Befehlssatz => große Leistung des Prozessors - wichtigste Befehlsfolgen sind fest verdrahtet => schnelle Prozessabwicklung PSD- Position Sensitive Detection Abb.: RISC Prozessor 200MHZ Infrarotsensor Abstandsmessung - dicht unterhalb des sichtbarem Licht - arbeitet nach dem Triangulationsprinzip - analog: liefert Spannung proportional zum Abstand - funktioniert sehr schlecht bei durchsichtigen Gegenständen - billig - für den Nahbereich zw. 10 cm 80 cm Abb.: Infrarotsensor Sharp GP2D12 Shadow Hand Shadow Robot Company 2004 besteht aus 36 Pneumatikmuskeln Geweicht 3,5 kg 10

11 2001 The Shadow Robot Company Beispiele Service-Roboter 11

12 Unterscheidung - Einsatzgebiet (4) Geländeroboter Geländeroboter arbeiten im Freien und Umgebungen die für den Menschen gefährlich bzw. schwer zugänglich sind. Entminungsroboter, Tiefseeroboter, Weltraumroboter.. Swords System - Kampfroboter 12

13 Geländeroboter Roboter für die Entschärfung von Minen Roboterschwärme gegen Minenfelder Autonome Kampfroboter unter Wasser Nahkampf Roboter Roboter statt Soldaten Drohnen Roboterflugzeuge Vernetzte Panzerminen Selbstanordnung Roboterhunde als Begleiter der Soldaten Ein Schwarm vernetzter Kampfflugroboter Spionage-Fliege Geländeroboter - BigDog Firma: Boston Dynamics Projekt DARPA (Defence Advanced Research Project Agency) Energieversorgung mit Kraftstoff hydraulischer Antrieb Abmessungen 1m Lang und 0.7m breit Gewicht 75kg Geschwindigkeit 5,3 km/h, max. Steigungswinkel 35 Traglast: 54,5 kg Video 13

14 ReWalk Argo Medical Technologies erhältlich 2010 Preis: Roboter Fisch künstlicher Karpfen drei Jahre Entwicklungszeit 4 Motoren für die Schwanzflosse 2 Motoren für li/re Seitenflosse 15 cm hoch; 12 cm breit und 50 cm lang max. Geschw. 50 cm/s Bild: Robotic Fish G8 Video 14

15 Walking Harvester-Robot Video Swimming snake robot Video 15

16 Roboter nach dem Vorbild einer Stabheuschrecke Gedankenkraft - PC bedienen - Spiele steuern - Hausgeräte bedienen - Industriemaschinen steuern 16

17 Roboter in der Medizin Bild: IRIS Roboter in der Medizin Bild: IRIS 17

18 MIKROSYSTEMTECHNIK Mikrosystemtechnik 18

19 Nanomotor Das Rotationselement des Nonomotors ist S A R S S A eine rechteckige Metallplatte (R). Die Welle bildet ein mehrschichtiges Nanoröhrchen (Durchmesser 20-40nm), welches an beiden Enden mit den elektrisch leitenden Ankern (A) verbunden ist. Stator des Motors (S) Quelle: Fennimore et al, 2003 BioMicroRobot - Größe 400 µm x 940 µm - Modulare Bauweise Herstellbar mit herkömmlichen MEMS-Verfahren. - Durch anlegen eines externen magnetischen Felds, wird aufgrund der Symmetrie das Shuttle ausgerichtet (Bsp.: Stecknadel). - Die symmetrische, abgerundete Bauweise sorgt für die nötige Bewegungsstabilität. Bild: ETH Zürich 19