Bewegungssimulation durch Seilrobotik

Neue Wahrnehmung im Seil

Das Fraunhofer IPA hat unter der Leitung des Tübinger Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik (MPI) einen Seilroboter mitentwickelt, der nun auch Menschen transportieren kann und neue Maßstäbe für Arbeitsraum, Beschleunigung und Nutzlast bei Bewegungssimulationen setzt.

Das Kabinendesign des Seilsimulators – hier in Minimalausführung – ist modular rekonfigurierbar.

Seilroboter übertreffen konventionelle Industrieroboter bezüglich Größe und Traglast um ein bis zwei Größenordnungen. Der Endeffektor lässt sich bis zu acht Seilen und Winden frei und zugleich präzise bewegen. Basierend auf dieser Technologie wurde unter der Leitung von Professor Heinrich Bülthoff vom MPI erstmals die Idee eines seilgetriebenen Bewegungssimulators realisiert und vergangenen Herbst gezeigt. Mit dem vorgestellten Seilroboter ist den Wissenschaftlern des Stuttgarter IPA und des Tübinger MPI eine entscheidende Weiterentwicklung der Technologie gelungen, die bisher für Automatisierungslösungen in der Intralogistik und in Produktionsumgebungen mit hohen Anforderungen eingesetzt war.

Bei dem Seilsimulator steuern acht im Raum verspannte und an Seilwinden befestigte Stahlseile die Bewegung der Simulatorkabine. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bewegungssimulatoren ermöglicht es die Verwendung von Seilen, die bewegte Masse zu reduzieren und die Arbeitsräume beliebig zu skalieren. Die Antriebsleistung von insgesamt 348 Kilowatt lässt es zu, die Kabine mit der 1,5-fachen Erdbeschleunigung entlang frei programmierbarer Bahnen in einem hallengroßen Arbeitsraum von fünf mal acht mal fünf Kubikmeter zu beschleunigen. Zudem ist der Simulator durch das Umhängen der Seile innerhalb einer Stunde an verschiedene Kabinen anpassbar und lässt sich somit für unterschiedliche Szenarien einsetzen. Philipp Miermeister, der am Fraunhofer IPA der Arbeitsgruppe für Seilrobotik von Junior-Professor Andreas Pott angehört, hat in der zweijährigen Zusammenarbeit beider Institute die Konzeption und Umsetzung des Simulators vorangetrieben. Die Wissenschaftler haben sowohl die Steuerungsalgorithmen implementiert als auch eine leichte und zugleich widerstandsfähige Kabine aus Kohlefaser entwickelt, die den hohen dynamischen Belastungen im Betrieb standhält. Der vollständig aus Karbonfaserrohren hergestellte Kabinenrahmen maximiert das nutzbare Kabinenvolumen mit einem Durchmesser von 260 Zentimetern für Projektionsflächen und Cockpitinstrumentierung. So lässt er sich für hochwertige Videoprojektionen und realistische Bedienerschnittstellen nutzen. Gleichzeitig ist der Rahmen mit nur 80 Kilogramm schnell zu beschleunigen und hält große Kräfte aus, denn im Betrieb ziehen die Seile mit bis zu 1,5 Tonnen an der Außenstruktur.

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Anwendungsbereich Virtuelle Realität

Durch den großen Arbeitsraum und Dynamikumfang eignet sich der Simulator für diverse Anwendungen aus dem Bereich der virtuellen Realität (VR), etwa Fahr- und Flugsimulationen sowie die Erforschung grundlegender Wahrnehmungsprozesse beim Menschen. „Dieser Simulator bietet uns völlig neue Möglichkeiten, die Bewegungswahrnehmung und mögliche Anwendungen in der neurologischen Forschung bei Gleichgewichtsstörungen zu studieren“ erläutert Wahrnehmungsforscher Bülthoff.

Die Kooperation zwischen Fraunhofer- und Max-Planck-Instituten hat bereits Tradition. „Mit dem Seilsimulator haben die Wissenschaftler beider Institute wieder einmal gezeigt, wie die Kombination aus Grundlagenforschung und industrienaher Technologieentwicklung zu innovativen Produkten führen kann“, betont Professor Thomas Bauernhansl, Institutsleiter des Fraunhofer IPA.

pb

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