Fachartikel aus MECHATRONIK 9-10/2015, S. 54 bis 55
Magnetische Multiturn-Sensoren
Beweglich in der Hüfte
Kontaktlose, magnetische Multiturn-Sensoren liefern Positionswerte und brauchen dabei weder Referenzsignale noch Stromversorgung. Nun sorgen sie bei Servicerobotern für Beweglichkeit.
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| Funktionsprinzip der Kinematik: Beim Beugen verschiebt sich ein Teil des Körpers nach hinten und sorgt für Gewichtsausgleich. (Bild: Fraunhofer IPA) |
Von Stefan Sester und Ellen-Christine Reiff
Magnetische Multiturn-Sensoren, die den GMR-Effekt (Giant-Magneto-Resistance) nutzen, sind klein, liefern absolute Positionswerte, arbeiten kontaktlos, benötigen keinerlei Referenzsignale und brauchen zum Erfassen der Umdrehungen keine Stromversorgung oder Pufferbatterie. Auch die Robotik haben sich die vielseitigen Sensoren erschlossen. Bei einem neuartigen Serviceroboter sorgen sie für kontrollierte Beweglichkeit im Hals- und Hüftgelenk.
Seit den 1990er-Jahren entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Serviceroboter für die Bereiche Haushalt, Hotel, Pflegeheim oder Krankenhaus. Modular aufgebaut bietet der Serviceroboter eine Basis für kommerzielle Lösungen. Geht es zum Beispiel um das Servieren von Getränken, könnte man eine Roboterhand durch ein Tablett ersetzen. Es ist sogar möglich, nur die mobile Basis als Servierwagen zu nutzen.
Beweglichkeit durch patentierte Gelenke
Im Vergleich zu seinen Vorgängern ist der Care-O-bot 4 ausgesprochen beweglich. An Hals und Hüfte besitzt er patentierte Kugelgelenke um einen unsichtbaren Drehpunkt. Damit kann er sich bücken, ohne das Gleichgewicht zu verlieren. Wie beim Menschen verschiebt sich beim Beugen ein Teil des Körpers nach hinten und sorgt so für den nötigen Gewichtsausgleich. Deshalb fällt der Roboter selbst dann nicht um, wenn er eine Last am ausgestreckten Arm hält. Durch die Beweglichkeit der Gelenke kann der Roboter dem Nutzer aber auch intuitiv mitteilen, was er plant oder begriffen hat – mit Gesten wie Nicken oder Kopfschütteln. Bedient wird er über einen Touchscreen, für Sprach- und Gestenerkennung sorgen Mikrofone und Kameras.
Damit die Roboterbewegungen und -gesten in der Praxis auch reibungslos funktionieren, muss die Steuerung zu jedem Zeitpunkt die aktuelle Gelenkposition abrufen können. Die dafür erforderlichen Sensoren müssen die jeweilige Position als Absolutsignal liefern, damit nach einem Neustart keine Referenzfahrt erforderlich und der Roboter sofort einsatzbereit ist.
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