HyQReal: Hydraulischer zweiarmiger Telepräsenzroboter für gefährliche Arbeiten
Der zweiarmige Telepräsenzroboter HyQReal soll überall dort helfen, wo es für Menschen zu gefährlich ist. Dazu besitzt er ein ausgeklügeltes Steuerungssystem.
Der HyQReal ist mit 140 kg massiv und stabil aufgebaut. Gesteuert wird er von einem Operator mit einem immersivem Telepräsenzsystem.
(Bild: IIT)
Forscher des Instituto Italiano di Technologia (IIT) haben einen vierbeinigen hydraulischen Roboter mit zwei Armen am Kopf entwickelt, der in gefährlichen Gebieten ferngesteuert eingesetzt werden kann. Der Roboter mit dem Namen HyQReal ist ein alter Bekannter. Bereits 2019 zeigte der Roboter seine Stärke, indem er ein 3,3 Tonnen schweres Flugzeug hinter sich herzog.
Eigentlich sind hydraulische Roboter etwas aus der Mode gekommen. Sie sind vielfach von Robotern mit elektrischen Aktuatoren ersetzt worden. Der Grund dafür ist einfach: Hydraulik ist kompliziert, fehleranfällig und – laut. Allerdings hat sie den Vorteil, hohe Dynamik und Kraft zu entwickeln. Überall dort, wo kräftige Roboter gebraucht werden, ist diese Antriebsform im Vergleich zu elektrischen Systemen noch im Vorteil.
Der 140 kg schwere und 1,35 m lange HyQReal hat vier Beine, die hydraulisch angetrieben werden. Pro Bein liegt das erzeugte Drehmoment bei bis zu 300 Nm. Die Hydraulik wird über Bordbatterien gespeist, die maximal 4 kW Leistung liefern. Am Kopf des Roboters sind zwei seitliche, ebenfalls hydraulisch angetriebene Arme befestigt. Sie wiegen je 10 kg. Damit kann der Roboter Nutzlasten von bis zu 5 kg pro Arm stemmen. Die Werkzeuge für die beweglichen Arme sind austauschbar. So können neben mehrfingrigen Greifern auch Bohrer oder Spezialwerkzeug montiert sein.
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Da HyQReal in rauen Umgebungen eingesetzt werden soll, ist er insgesamt massiv aufgebaut. Neben einer stabilen Metallplattform besitzt er einen Überrollkäfig aus Aluminium sowie eine Hülle aus Kevlar.
"Die Entwicklung zentraler Antriebstechniken mit hoher Leistung, geringem Gewicht und fortschrittlicher Steuerung war ein entscheidender Faktor für unsere Bemühungen", sagt Nikos Tsagarakis, Leiter des HHCM-Labors am IIT. "Diese Techniken haben es uns ermöglicht, ein bimanuelles Manipulationssystem mit geringem Gewicht, hoher Nutzlast und großem Arbeitsbereich zu realisieren, das sich für die Integration in HyQReal eignet."
Haptisches Teleoperationssystem
Die Steuerung des Roboters erfolgt über ein speziell für den Einsatzzweck entwickeltes haptisches Teleoperationssystem, das in eine vollständig immersive Virtual-Reality-Umgebung (VR) eingebettet ist. Der Bediener trägt dabei eine VR-Brille, auf die das Sichtfeld der am Roboter angebrachten Stereo-Kameras übertragen wird. Der Operator kann so genau jede seiner umgesetzten Operationen in Echtzeit sehen.
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Die Bedienung erfolgt über eine 3-dimensionale Steuerungseinheit, die frei im Raum bewegt werden kann. Die Steuerung ist dabei so ausgelegt, dass die Robotergelenke und deren Grenzen berücksichtigt sind. So ist es nicht nötig, etwa bei einem Anschlag eines Gelenks bei der Steuerung neu nachzugreifen. Die Übertragung der Steuerungssignale an den Roboter erfolgt drahtlos und kann über große Entfernungen über eine Internetverbindung realisiert werden.
Gedacht ist der HyQReal für den Einsatz in Gefahrengebieten, etwa bei Feuerwehreinsätzen und Missionen in Katastrophengebieten. Eine einarmige Vorversion des Roboters konnte bereits 2022 bei einem simulierten Tunnelbrand eingesetzt werden. Der Roboter löschte den Brand, ohne dabei selbst zu Schaden zu kommen. Der Telepräsenzroboter kann aber auch für Aufräumarbeiten von Trümmern und die Beseitigung von Gefahrengut eingesetzt werden, was für Menschen zu gefährlich wäre.
(olb)
