OmniWheg: Omnidirektionale Räder wandeln ihre Form und passen sich Untergrund an
Roboter sollten die Fortbewegungart benutzen, die je nach Untergrund am effizientesten ist. Forscher haben dazu omnidirektionale wandelbare Räder entwickelt.
(Bild: B Next (Screenshot))
Ein Wissenschaftsteam des Worcester Polytechnic Institutes hat ein Antriebssystem für Roboter mit der Bezeichnung OmniWheg entwickelt, das seine omidirektionalen Räder so umwandeln kann, dass es auch Absätze überwindet, ohne hängenzubleiben.
Grundsätzlich geht das Team das Problem an, dass sich Roboter möglichst effizient bewegen sollen. Auf ebenen Untergründen erledigt dies ein Radantrieb mit deutlich geringerem Energieaufwand als mechanische Beine. Roboter, die sich in Innenräumen bewegen, müssen seltener Hindernisse überwinden. "Wenn wir uns zu Hause und am Arbeitsplatz umsehen, stellen wir fest, dass unsere Umgebungen zu 95 Prozent flach sind, mit etwa 5 Prozent unebenem Terrain, das wir beim Übergang zwischen den Räumen bewältigen müssen", sagt Andre Rosendo, einer der beteiligten Wissenschaftler der Studie "OmniWheg: An Omnidirectional Wheel-Leg Transformable Robot", die in Arxiv veröffentlicht ist. "Warum also nicht ein System entwickeln, das in diesen 95 Prozent der Fälle mit einer radähnlichen Effizienz arbeitet und in den verbleibenden 5 Prozent gezielt auf eine geringere Effizienz umschaltet?"
Fortbewegen mit geringem Energieaufwand
Ganz neu ist das "Whegs"-Konzept, das Wandeln von Rädern in Beine oder Flügel in der Robotik, allerdings nicht. Bereits seit rund einer Dekade werden immer wieder solche Rad-Bein-Systeme entwickelt. Eine Schwierigkeit bei solchen ist jedoch die nötige exakte Ausrichtung eines Roboters etwa zum Treppensteigen. Dies gelingt mit einem omnidirektionalen Rad, das es ermöglicht, einen Roboter während der Fahrt auch seitwärts zu bewegen. Der Roboter kann so exakt positioniert werden, ohne dass der Körper dabei gedreht werden muss. "Unser Roboter kann sich mit sehr geringem Energieaufwand vorwärts, rückwärts und seitwärts bewegen, er kann ohne Energieaufwand in einer stabilen Position bleiben und bei Bedarf schnell Treppen steigen", erklärt Ruixiang Cao, einer der beteiligten Studierenden an dem Projekt.
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In den Rädern sind auf der Lauffläche passive Rollen eingebaut, die so bewegt werden können, dass sich der Roboter seitwärts bewegen kann. Der Antrieb jeden Rades erfolgt direkt mit einem bürstenlosen Elektromotor ohne Getriebe. Das Rad ist durch eine Mechanik in vier gleichgroße, hakenförmige Segmente stufenlos aufklappbar. Um die Mechanik auszulösen, reicht ein einfaches Servo aus. Die Räder lassen sich so etwa zum Treppensteigen ausklappen, um sie überwinden zu können.
Das Team testete das OmniWheg-System in realen Umgebungen in Innenräumen. Dabei gelang es dem Roboter nach Angaben der Wissenschaftler, "alle gängigen Hindernisse" zu umgehen und Stufen zu überwinden. Dabei wechselte das System über einen Algorithmus jeweils in die zum Untergrund und Hindernis passende Fortbewegung.
Prinzipiell könne das System in bestehende und neue Roboter eingebaut werden. Das erhöhe deren Fortbewegungseffizienz in Innenräumen.
Die Forschenden sehen allerdings noch Verbesserungspotenzial. So könnte ein leichterer und mit einem Getriebe versehener Motor die Effizienz noch erhöhen. Um die Dynamik beim Auf- und Absteigen von Treppen bei höherem Schwerpunkt testen zu können, beabsichtigen sie einen Manipulator in die Basis des Roboters einzubauen.
(olb)