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FreeMotionHandling
Fliegendes Assistenzsystem für das Handling in der Luft
Sowohl das Fliegen als auch das Greifen haben im Bionic Learning
Network von Festo eine lange Tradition. Mit dem im Raum schwe-
benden FreeMotionHandling haben die Entwickler nun erstmals
beide Themenfelder in einem Technologieträger vereint. Das
Indoor-Flugobjekt besteht aus einem ultraleichten Karbonring mit
acht adaptiven Propellern, in dessen Mitte eine drehbare Helium-
kugel mit integriertem Greifelement sitzt. Dank der intelligenten
Bordelektronik und dem eingesetzten Indoor-GPS kann die Kugel
autonom in alle Richtungen manövrieren, Gegenstände eigen-
ständig aufnehmen und an geeigneter Stelle abgeben.
Sichere Interaktion zwischen Mensch und Maschine
Für die Steuerung des Flugobjekts wird kein Pilot benötigt. Mensch
und Kugel können aber jederzeit problemlos und sicher interagieren.
Im Gegensatz zu anderen Indoor-Flugobjekten ist der Kontakt selbst
bei einer Kollision gefahrlos. Das eröffnet neue Perspektiven für
den Arbeitsraum der Zukunft: Dort könnte die Kugel dem Menschen
als fliegendes Assistenzsystem dienen – zum Beispiel bei Arbeiten
über Kopf, in schwindelerregender Höhe oder als Zubringer in
schwer zugänglichen Räumen.
Kombination mehrerer bionischer Prinzipien
Dafür machten sich die Ingenieure zwei bestehende Entwicklungen
aus dem Bionic Learning Network besonders zu Nutze: Vorbild für
die Greifmechanik des FreeMotionHandling ist der universell ein-
setzbare FlexShapeGripper, dessen Wirkungsprinzip von der Zunge
des Chamäleons abgeleitet ist. Sein elastischer Greifer kann sich
flexibel und formschlüssig über das jeweilige Greifgut stülpen und
sogar mehrere Gegenstände in einem Vorgang aufsammeln.
Die fliegende Heliumkugel an sich ist eine Weiterentwicklung der
eMotionSpheres. Für ihr Antriebskonzept konzipierte Festo erst-
mals adaptive Propeller, die dank ihrer flexiblen Membran für den
gleichen Schub in beide Drehrichtungen sorgen können. In die
Konstruktion der Propeller flossen die Erkenntnisse aus den
Arbeiten zum BionicOpter ein. Die Entwickler führten das Flügel-
prinzip der künstlichen Libelle weiter und übertrugen es auf die
Antriebe, die nun auch beim FreeMotionHandling zum Einsatz
kommen. Mit den Flugmanövern der eMotionSpheres zeigte Festo
außerdem, wie sich ein oder mehrere Flugobjekte kollisionsfrei
und koordiniert in einem abgesteckten Luftraum bewegen.
Im Gegensatz zu den eMotionSpheres sitzen die Propeller des
FreeMotionHandling nicht mehr direkt auf der Kugel. Genau wie
die gesamte Bordelektronik sind die acht adaptiven Antriebe auf
dem ultraleichten Flugring verbaut, der dadurch auch ohne die
Heliumkugel eingesetzt werden könnte.
Der Ring besteht aus einer filigranen Karbonstruktur, deren Bogen-
form eine hohe Schwingungsstabilität gewährleistet. In die Struktur
sind acht Platinen eingelassen, auf denen insgesamt vier Hub- und
vier Steuermotoren sowie die integrierte Funk- und Sensortechnik
sitzen.
Einzigartiges Flugmanöver in alle Richtungen
Vier der Propeller sind analog zur herkömmlichen Quadrocopter-
technik horizontal angebracht. Die anderen vier Antriebe sind ver-
tikal ausgerichtet. Zusammen mit dem Auftrieb der Heliumkugel
ermöglicht diese ausgeklügelte Kombination ein dynamisches
Flugverhalten in alle Raumrichtungen. Sie erlaubt das präzise Posi-
tionieren des Flugobjekts, ohne dass es kippt, sowie das Drehen
des Flugrings um seine horizontale und vertikale Achse.
Das FreeMotionHandling besticht aber nicht nur durch seine ein-
zigartigen Flugeigenschaften. Durch das Verdrehen der Kugel um
bis zu 180 Grad lässt sich auch sein Greifelement frei in alle Raum-
richtungen positionieren. Im Gegensatz zu gängigen Quadrocop-
tern, die mit einem Greifer ausgestattet sind, kann die Kugel ein
Objekt nicht nur von oben ansteuern, sondern aus den verschie-
densten Winkeln greifen. Im Vergleich zu konventionellen Mehr-
achs-Kinematiken verfügt das FreeMotionHandling über deutlich
mehr Freiheitsgrade.
Softes Greifen unterschiedlichster Gegenstände
Damit das FreeMotionHandling verschieden geformte Objekte
aufnehmen kann, setzen die Entwickler auch beim Greifelement
auf eine hauchdünne Folie, die mit Helium gefüllt ist. Über eine
Seilwinde in der Kugel zieht sich der Greifer ein. Durch den Druck
in der Hülle fährt er selbstständig wieder aus. Der Haltevorgang
dazwischen ist energiefrei. So kann die fliegende Kugel auch meh-
rere Gegenstände nach dem Last-in-first-out-Prinzip aufnehmen, in
ihrem Körper transportieren und an unterschiedlichen Positionen
nacheinander wieder ausgeben.
01:
Einzigartiges Flugobjekt:
Neben
der verlängerten Flugdauer garantiert die
Heliumkugel auch eine gefahrlose
Mensch-Maschine-Interaktion
02:
Unendliche Freiheitsgrade:
Die
frei orientierbare Heliumkugel ermöglicht
die Abgabe des Greifguts in den unter-
schiedlichsten Lagen
03:
Ausgeklügeltes Antriebskonzept:
Die
vier horizontalen Propeller sorgen zusam-
men mit der Heliumkugel für den nötigen
Auftrieb
04:
Exaktes Flugverhalten:
Die vier
vertikalen Steuertriebwerke dienen zur
präzisen Positionierung der Kugel in
allen Richtungen
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Festo AG & Co. KG
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FreeMotionHandling: autonom fliegende Greiferkugel