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Charlie, der Affenroboter

Daniel Kühn ist Ingenieur an der Universität Bremen und hat Charlie mitentwickelt. Ihm und seinem Team war es wichtig, dass sich der humanoide Roboter unabhängig von der Komplexität seiner Umgebung bewegen kann. "Wir verfolgen einen reaktiven Kontrollansatz. Das bedeutet, dass das Grundlaufverhalten wie zum Beispiel der Kreuzgang immer da ist. Sobald sich eine Unebenheit auf Charlies Weg befindet, kann er seine Fußstellung neu ausrichten und entsprechend auf diese reagieren", erklärt er im Gespräch mit Golem.de.

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Charlie besteht aus einer beweglichen Wirbelsäule, vier Gliedmaßen, einer Hüfte sowie Schultern und dem Kopf. Eine Vielzahl von Drehgelenken soll es ermöglichen, bis auf den Kopf alle Teile unabhängig voneinander zu bewegen. Charlie kann sich zudem aufrichten und mit seinen vorderen Gliedmaßen kleinere Aufgaben wie zum Beispiel das Austauschen von Batterien durchführen.

"Insgesamt stehen den beweglichen Elementen sechs Freiheitsgrade zur Verfügung, was ein enormes Maß an Bewegungsfreiheit ermöglicht", sagt Kühn. Die Wirbelsäule soll zudem für einen dynamischen Bewegungsablauf sorgen. "Als wir Charlie entwickelten, fiel uns auf, dass die Bewegungen der meisten Roboter viel zu statisch waren. Das wollten wir ändern."

  • Roboter Charlie auf der Cebit 2014 (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • Er geht auf vier Füßen, ... (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • ... kann sich aber auch auf zwei Beine aufrichten. Das zweibeinige Gehen übt er noch. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • Größenvergleich: Charlie und Robotiker Daniel Kühn (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
Roboter Charlie auf der Cebit 2014 (Foto: Werner Pluta/Golem.de)

Der DFKI-Roboter ist gerade wegen seiner hohen Beweglichkeit sowie seiner empfindlichen Sensorik besonders gut für schwieriges Gelände geeignet. Das hängt auch mit dem von den Ingenieuren entwickelten Footplacement-Algorithmus zusammen, der es ermöglicht, anhand einer lokalen Karte stets einen optimalen Fußkontaktpunkt für jedes Bein zu finden. Dieser Algorithmus basiert auf der Lernsoftware Bolero, die unter anderem vom DFKI entwickelt wurde.

Bolero basiert auf Python sowie C++ und dient dazu, das Verhalten anhand von aufgenommen Daten aus der Umgebung entsprechend anzupassen. Um möglichst genaue Umgebungsdaten aufzunehmen, wurden Charlies Füße mit 49 Drucksensoren, mehreren Winkelmessern, einem Abstandssensor sowie einer Kraftmessdose ausgestattet.

Der Roboter balanciert sich durch Gewichtsverlagerung aus

Die Kommunikation zwischen den einzelnen Sensoren basiert wiederum auf Node-Level Data Link Communication (NDLcom). Die Software dient dazu, ein Kommunikationsnetzwerk zwischen den einzelnen Knoten in dem Roboter zu erstellen. Tritt er also auf eine Unebenheit, wird die Information weitergeleitet und er kann sein Gewicht entsprechend verlagern.

Der linuxbasierte Roboter arbeitet mit einem Mikrocontroller von Gumstix - das US-Unternehmen entwickelt Mainboards in der Größe von Kaugummistreifen. Der Controller hat einen 720-Megahertz-Prozessor, 512 MByte Arbeitsspeicher, 512 MByte NAND Flash - einen Speicher, der zur Datenaufbewahrung keinen Strom benötigt -, einen Micro-SD-Kartenslot sowie ein WLAN-Modul.

Damit er optimal läuft, wurde in dem Roboter zusätzlich ein integrierter Schaltkreis von Xilinx (FPGA) verbaut. Dieser dient als Brücke zwischen der Peripherie wie zum Beispiel den Schnittstellen des Universal Asynchronous Receiver Transmitters (UART), welche zum Senden und Empfangen von Daten über eine Datenleitung dient, und dem Mikrocontroller. Zudem wird der FPGA genutzt, um eine Schnittstelle für die Kommunikation mit bis zu acht verschiedenen Erweiterungskarten über ein benutzerdefiniertes Busprotokoll - ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern - zu ermöglichen.

Das Forschungsteam rund um Daniel Kühn führte 2017 mit Charlie in der Weltraumexplorationshalle mehrere Experimente auf verschiedenen Böden mit jeweils unterschiedlichen Neigungen durch.

 Roboterschwarm zur MarserkundungEs besteht noch Verbesserungsbedarf 
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schueppi 12. Sep 2018 / Themenstart

Eine Inspiron von DJI wär doch was auf dem Mars... :) Solarzellen mit für das Aufladen...

MrTridac 07. Sep 2018 / Themenstart

Nun ja, technisch gesehen ist das alles gut und schön. Ein Ingenieur der einen...

MrAnderson 04. Sep 2018 / Themenstart

Warum machen die da so rum? Zwar keine Robotoer, aber mich hat das grad an nen andern...

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