MapleSim lehrt Robo-Mensch das Laufen

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Er spricht, singt und kann sogar Shakespeare rezitieren, der aktuelle RoboThespian von Engineered Arts ist ein lebensgroßer, programmierbarer humanoider Roboter, der für den Einsatz in Unterhaltung und Kommunikation bestimmt ist. Dazu soll er auch laufen und springen können. Was das ganze mit MapleSim zu tun hat? Die Simulations Software spielt bei der Entwicklung und Modellierung der Roboterbewegungen eine wichtige Rolle.


„Mit der neuen Generation des RoboThespian erreichen wir in der Robotik eine bisher nie da gewesene Komplexität und Leistung.“, erklärt Will Jackson, Direktor von Engineered Arts Limited. „MapleSim erleichtert uns diese Aufgabe mit seiner hocheffizienten Modellierungs- und Simulationsplattform ganz erheblich. Die Möglichkeiten zur Vereinfachung, Lösung und direkten Interaktion mit Differentialgleichungen waren eine enorme Hilfe bei der Modellierung und Analyse der physikalischen Interaktionen der einzelnen Komponenten des Roboters. Die komplexen Interaktionen zwischen den voneinander abhängigen Variablen konnten wir dank des Modellierungsansatzes auf Systemebene in MapleSim verhältnismäßig einfach modellieren.“


In MapleSim arbeitet eine Mehrkörper-Technologie mit Multidomain-Modellierungswerkzeugen zusammen, die Funktionen in einer gemeinsamen Umgebung verfügbar zu machen. Diese Technologie soll eine unerreichte Flexibilität und Kontrolle über ihre Mehrkörpersysteme eröffnen.


Die Entwicklungsingenieure bei Engineered Arts setzen MapleSim aktuell dazu ein, ein biologisch analoges humanoides Roboterbein mit einem neuen Aktuator zu entwickeln, seine statische und dynamische Stabilität zu untersuchen und das entwickelte Bein zu bauen, um Strategien zu seiner Steuerung zu bestimmen. Diese Entwicklung ist eine Nachbildung der menschlichen Anatomie aus Muskeln und Knochen. Im Gegensatz zu konventionellen Robotern, die von Elektromotoren angetrieben werden, zeichnet es sich durch eine hohe Unlinearität und eine den menschlichen Gliedmaßen sehr ähnliche Nachgiebigkeit aus. Ein MapleSim-Modell des Beins und der Aktuatoren dient dazu, die Beziehungen zwischen den unter Druck stehenden Aktuatoren, deren Kontraktion und die äquivalenten Gelenkwinkel in statischen Zuständen zu untersuchen.


Die Möglichkeit, in MapleSim kundenspezifische Komponenten einzusetzen, wurde umfassend genutzt, um die pneumatischen Aktuatoren des Roboters zu modellieren. Das Modell des Beins ließ sich mühelos aus einer Kette von Multibody-Komponenten erzeugen, und der nachgiebige Fuß konnte leicht mit Echtzeit-Feedback aus der 3D-Ansicht modelliert werden.


Will Jackson und sein Team bei Engineered Arts erwarten ein MapleSim-Ganzkörpermodell des RoboThespian der nächsten Generation Anfang 2013 und einen funktionierenden Prototyp im weiteren Verlauf des Jahres.


Ziel des RoboThespian-Projekts soll sein, mehr über humanoide Roboter und künstliche Intelligenz nachzudenken. Es gelte kritische Themen in den Bereichen Ethik, Soziales und Umwelt ansprechen. RoboThespian ist voll interaktiv und spricht über ein Dutzend Sprachen.


RoboThespian-Roboter werden in Wissenschaftszentren in 14 verschiedenen Ländern eingesetzt. Sie unterhalten und informieren Besucher in Vorführungen. Max Q, der RoboThespian im Kennedy Space Center der NASA, ist so programmiert, dass er Fragen zum Weltraum, dem Hubble-Teleskop und dem Leben der Astronauten im All beantwortet, um die Besucher zu informieren und zu inspirieren.


Der Prototyp des laufenden Roboter soll als Plattform zur Erforschung verbaler und nonverbaler Kommunikation dienen, der Mensch-Roboter-Interaktion. Zudem soll erforscht werden, wie sich die Erkennung und Verfolgung von Objekten verbessern lässt.

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