Die ausgesprochen interdisziplinäre Kernkompetenz des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik liegt im virtuellen Entwurf und der Realisierung mechatronischer Systeme und Roboter für die Luft- und Raumfahrt, aber (insbes. in den Bereichen Industrierobotik, Fahrzeugtechnik und Chirurgie) auch für terrestrische Anwendungen. Unter Mechatronik versteht man im DLR die Schaffung intelligenter Mechanismen durch höchstmögliche Integration von Maschinenbau (mit Optik), Elektronik und Informationstechnik/Informatik in Verbindung mit der ganzheitlichen rechnergestützten Entwurfsoptimierung und (3D-)Simulation. Ein zentrales Ziel der Institutsarbeiten ist die Entwicklung neuartiger, komfortabel fernsteuerbarer Robotersysteme für die Raumfahrt, um mittel- und längerfristig Astronauten zu entlasten (oder auch zu ersetzen), insbesondere bei monotonen, gefährlichen oder besonders kostenaufwendigen Einsätzen; dazu gehören vor allem auch Arbeiten im freien Weltraum, deren Gefährdungspotenzial durch herumfliegende Partikel ständig zunimmt. Mit ROKVISS ist das Institut dem Ziel des kostengünstigen Agierens im Weltraum ein ganzes Stück näher gekommen, weil jetzt alle wichtigen Basistechnologien vorhanden sind, um die zwei zentralen Robotik-Anwendungen im Weltraum, nämlich Servicing und Exploration voranzutreiben. Ein spezieller Fall des orbitalen Servicing, die Lebensverlängerung von geostationären Satelliten, wurde von einem international aufgestellten Firmenkonsortium (Orbital Recovery, Dutch Space, Kaiser Threde, DLR) untersucht (Projekt OLEV, Orbital Life Extension Vehicle). Diese Anwendung basiert auf dem Einfangen großer Nachrichtensatelliten mit Hilfe des vom Institut entwickelten multisensoriellen Capture Tools, mit dem praktisch jeder dieser Satelliten, deren Kaltgasvorrat zur Neige geht, gegriffen und dann noch jahrelang über ein mitgebrachtes Ionentriebwerk lagestabilisiert werden kann. Es gibt aber auch für die Exploration, also die Erforschung der Planeten, Vorschläge aus dem Institut, mit Krabbelkäfern oder Robonauten auf Rover-Fahrzeugen die unbemannte Raumfahrt in Deutschland wieder zum anerkannten Technologietreiber zu machen. Ein entscheidender Innovationssprung wurde mit der Entwicklung eines speziell für die Leichtbau-Robotik konzipierten Motors über Methoden der ganzheitlichen Concurrent Engineering-Modellbildung und -Simulation getan. Dieser sog. Multipol-Innenläufer-Motor ROBODRIVE zeichnet sich unter anderem durch eine etwa 50% Gewichtsreduktion und eine um ebenfalls 50% reduzierte Verlustleistung aus. Das 3D Mensch-Maschine-Interface SPACE MOUSE, hervorgegangen aus der für die ROTEXFernsteuerung entwickelten Steuerkugel, ist mit ca. 600.000 installierten Systemen das weltweit populärste Computer-Peripheriegerät. Die Space Mouse erlaubt durch feinfühliges Auslenken der Steuerklappe das intuitive Steuern eines 3D-Grafik-Objekts oder eines realen Robotergreifers in gleichzeitig 6 Raumfreiheitsgraden und beruht auf einem verblüffend einfachen, von den DLR-Mitarbeitern weltweit patentierten optoelektronischen Messprinzip. Besonders motivierend ist für junge Wissenschaftler der Technologie-Transfer von der Raumfahrt in die Medizin. Ende 1995 gelang dem Institut die weltweit erste vollautomatische (d.h. von einem Roboter übernommene) Endoskopführung in der minimal invasiven Chirurgie und kurz danach die erste Magen-Fernspiegelung in Deutschland. Die Entwicklung realer mechatronischer Fahrzeugkomponenten im Institut dreht sich um den Begriff drive by wire. So wurden schon vor Jahren für Versuchs-Fahrzeuge kraftreflektierende Joysticks als Ersatz für Lenkrad, Gaspedal und Bremse entwickelt, wie auch ein kraftreflektierendes Gaspedal, das dem Fahrer unterschiedlichste Kraftsignale in die Fußsohle zurückmelden kann. Für die Zukunftsvision steer by wire, bei der das Lenkrad nicht mehr mechanisch mit der Spurstange verbunden ist, wurden mit drehmomentgeregelten Antrieben aus der Leichtbau-Robotik des Instituts die nach Aussage von Autoherstellern bisher feinfühligsten Fahrsimulatoren entwickelt. Ein herausragendes Beispiel für die Effizienz lastreduzierender Regler aus dem Institut ist die Gewichtsreduzierung des Seitenleitwerks beim Airbus 340 um 100 kg. Im Rahmen des Konstrukts virtuelle Institute der Helmholtz-Gemeinschaft hat das Institut in jüngster Zeit gemeinsam mit der Uni Stuttgart und einer Reihe kleiner Firmen die Entwicklung eines High-Tech-Luftschiffs vorangetrieben, das schubvektorgesteuert die Beweglichkeit eines Hubschraubers nachbildend z.B. zur Verkehrsüberwachung oder auch als multisensorielle Plattform zur 3D-Modellierung von Landschaften und Gebäuden einsetzbar sein soll. Es wird sowohl autonom vorprogrammierte Flugpfade abfliegen können, als auch über ein effizientes Mensch-Maschine-Interface wie die Space-Mouse fernsteuerbar sein.
Schlüsseltechnologien Mechatronik. Von der Raumfahrt bis zur Medizin
Innovative Produktentwicklung - Maschinenbau, Elektrotechnik, Informationstechnik, Mechatronik, 2007 ; 29-51
VDI-Berichte ; 1971
2007
23 Seiten, 34 Bilder
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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