Seit der Entstehung von Leben auf der Erde hat die Natur in ihrem andauernden Evolutionsprozess unzählige Lösungen für energetische und mechanische Problemstellungen entwickelt, deren Raffinesse und Perfektion Wissenschaftler und Ingenieure noch heute vor große Herausforderungen stellen.
Innovative Lösungen aus der Natur dienen immer mehr als Vorbild für die Entwicklung neuer, effizienter und nachhaltiger Produkte und Technologien. Ein Beispiel für eine solche, von der Natur motivierte Entwicklung ist die sechsbeinige Laufmaschine "Lauron" des FZI Forschungszentrum Informatik aus Karlsruhe, der diesjährige Gewinner des Faulhaber Uni-Projekt-Awards.
Die Stabheuschrecke als Vorbild
Lauron wurde entwickelt, um in Szenarien eingesetzt zu werden, die für den Menschen zu gefährlich und für rad- oder kettengetriebene Systeme nur schwer passierbar sind bzw. ein möglichst schonender Umgang mit der Umgebung im Vordergrund steht. Dies kann beispielsweise die Suche nach Verschütteten in teileingestürzten Gebäuden, die Erkundung von Vulkanen, das Räumen von Minenfeldern oder die Suche nach Abfall in ökologisch sensiblen Bereichen sein.
Da es sich beim Laufen um einen natürlichen Vorgang handelt, ist es naheliegend, dass sich die Konstruktionen und Steuerungskonzepte vieler Laufmaschinen an biologischen Vorbildern orientieren. Im Falle von Lauron ist dies die indische Stabheuschrecke. Wie dieses Vorbild besitzt Lauron sechs Beine an einem länglichen Zentralkörper, in dem die notwendige Steuerungselektronik untergebracht ist. Jedes der sechs 50 cm langen Beine besitzt einen federgedämpften Fuß und kann mit Hilfe von drei Gelenken bewegt werden. Zusätzlich kann die Blickrichtung des Kopfes durch zwei unabhängige Achsen (Schwenken und Neigen) verändert werden, so dass Lauron insgesamt über 20 Freiheitsgrade verfügt.
Robuste und zugleich feinfühlige Antriebslösung
Der Laufroboter wurde mit zahlreichen Sensorsystemen ausgestattet. In jedem Fuß befinden sich 3D-Kraftsensoren und Federkraft-Messsysteme, die zusammen mit einer Motorstrommessung genutzt werden, um Kollisionen und den Kontakt mit dem Boden zu erkennen. Bei der Antriebslösung für die dreigelenkigen Einzelbeine war hohe Leistung bei vergleichsweise geringem Gewicht von besonderem Interesse. Deshalb entschied sich das Projektteam der Gruppe Interaktive Planungstechnik des FZI Forschungszentrum Informatik aus Karlsruhe für eine Motor-/Getriebekombination, bestehend aus einem DC-Kleinst-motor Serie 2657 ... IE2 mit Planetengetriebe Serie 26/1 von Faulhaber.
Um die bewegte Masse zu reduzieren, wurden die Antriebe möglichst nah am Körper platziert. Mittels Getriebe und Seilzügen wird die Kraft der 20 graphitkommutierten DC-Antriebe von dort aus auf die Gelenke übertragen. Das erreichbare Nenndrehmoment liegt bei etwa 20 Nm (kurzzeitig 40 Nm). Die Gelenkwinkel der Beine werden durch hochpräzise, optische Encoder erfasst. Darüber hinaus verfügt jeder Motor über einen hochauflösenden Encoder, der zusätzliche Informationen über die Gelenkwinkel liefert. Über das Gewicht hinaus war die Zuverlässigkeit der robusten Antriebe ein weiteres maßgebliches Kriterium, sich für dieses Antriebssystem aus dem Hause Faulhaber zu entscheiden.
