Wie alles begann


Das Problem

Meine Schwester kann ihre Arme nur noch mit sehr viel Kraftaufwand und Mühe heben. Darum braucht sie ständig Hilfe. Sie bräuchte also etwas, was Ihr dabei hilft ihre Arme zu heben oder etwas, das einen Ersatz für ihre Arme bildet. Ein Roboterarm mit Greifer oder Schlinge am Kopf wäre die ideale Lösung, denn Hebevorrichtungen erleichtern zwar das Heben der Arme unterstützen aber keine zusätzlichen Gewichte.

Gibt es da nicht schon etwas?

Bevor ich mich auf die Arbeit stürzen wollte habe ich erst mal überlegt, ob sich nicht schon vorher jemand die Mühe gemacht hat, einen Assistenzroboter zu bauen. Das Ergebnis war, dass es zwar kleine Assistenzroboter gibt, die kleinere Gewichte heben können, für den Alltag jedoch unbrauchbar sind, weil sie zu wenig Kraft haben. Es gab auch stärkere Modelle von bekannten Roboterherstellern, die für die Anwendungen meiner Schwester entweder viel zu sperrig oder viel zu teuer waren. Selbst ein Assistenzroboter aus dem Hilfsmittelkatalog der Krankenkasse kostet 47.000€ der im Vergleich zu anderen von bis zu 150.000€ bei namenhaften Roboterproduzenten noch günstig wirkt, dennoch viel zu teuer ist. Erschwerend kam hinzu, dass für viele Dinge im Alltag meist mehr als 1,5Kg Hubkraft benötigt werden.

Die Herausforderung

Am Anfang meines Projektes ist es ähnlich wie beim Schachspielen. Die Möglichkeiten der Umsetzung sind vielseitig und es gibt mehrere Wege das Ziel zu erreichen. Ich habe viele Wege probiert und systematisch  meine Idee verbessert. Das Optimieren ist das eigentlich knifflige, denn große Gewichte über lange Hebelarme zu bewegen braucht viel Drehmoment. Dazu kommt auch noch, dass alles möglichst kompakt, leicht und nicht viel kosten soll. Eine Herausforderung, die einem häufig in der Technik begegnet.

Inspiration

Ich habe mich zu Beginn meines Projekts mit den Problematiken bestehender Robotersysteme beschäftigt und festgestellt, dass vielen Robotern die Flexibilität oder die Kraft fehlt. Dann hatte ich eine Idee. Warum nicht einzelne Robotergelenke entwickeln, die sich flexibel zu Assistenzrobotern zusammen stellen lassen? Roboterbaukästensysteme gibt es schon, warum nicht darauf aufbauen und entscheidend verbessern?

Innovation

Eine ganz entscheidende Innovation sind die flexiblen Verbindungsmöglichkeiten der Gelenke untereinander. Eine zusätzliche Koppelstelle ermöglicht neue Aufbauformen von Robotern, die es bei anderen Roboterherstellern nicht gibt. Neben der Flexibilität ist es dabei sehr kraftvoll und kompakt gestaltet.

 

  • flexibel
  • kraftvoll
  • kompakt

Konstruktion

Die Konstruktion war ein schwieriger Prozess. Vieles musste ich vom Computer berechnen lassen. Manche Konstruktionselemente habe ich monatelang berechnen lassen und verbessert. Geeignete Teile wie Motoren oder Getriebe zu finden, die den hohen Ansprüchen meiner Konstruktion gerecht werden konnten, war ein mühsamer Rechercheakt von knapp 6 Monaten. Dennoch habe ich nach ungefähr eineinhalb Jahren einen funktionsfähigen Prototyp mit technischen Zeichnungen am Computer entwickelt.


Wie geht es nun weiter?


Während ich dabei war die Idee konstruktiv umzusetzen habe in mich mit meinem Vater zusammen in viele Richtungen erkundigt, wer mir bei der Umsetzung des Projekts helfen könnte. Zunächst mit mäßigem Erfolg, aber nachdem ich von der IDM-Stiftung erfahren hatte und den Stiftungsvorstand von meinem Vorhaben begeistern konnte, hatte ich eine gute Basis für weitere Finanzierungsanstrengungen.

 

Nachdem mich Herr Brehl und Herr Müller vom Magazin Seitenwechsel interviewt und vor kurzen einen Artikel veröffentlicht haben, geht es nun langsam voran.

Link: http://www.seitenwechsel-magazin.de/artikel/hightech-fuer-die-schwester.html

 

Die Ferdinand Braun Schule in Fulda hat mich mit einer großzügigen Spendenaktion unterstützt und auch die Fachhochschule in Fulda unterstützt mich durch Herr Dr. Prof. Gepperth, der mich bei der simulativen und softwaremäßigen Umsetzung der Robotersteuerung unterstützt. Aktuell sucht Herr Dr. Prof. Gepperth Masterstudenten, die mein Projekt in ihrer Masterarbeit zum Thema machen wollen.

Die Programmierung


Auch bei der Programmierung gibt es Fortschritte. Herr Prof. Dr. Alexander Gepperth hat mittlerweile einen Masterstudenten gefunden, der die Programmierung vorran bringt. Er arbeitet auf den Grundlagen des Batchlorstudentens weiter. Dieser hatte ende Herbst 2017 damit begonnen eine virtuelle Roboterumgebung zu schaffen. Zusätzlich hat er ein Testmodell für seine Umgebung entwickelt und ein kurzes Video darüber gemacht. Hier ein Bild davon. Das Programm Gazebo ist gut dafür geeignet ralitätsnahe Belastungsbedingungen zu simulieren.

Anfang Januar hat der Masterstudent die Arbeit weitergeführt. Er widmet sich nun der Steuerung. Dabei schreibt er ein Programm, dass die Motoren passend ansteuert und die Achswinkel für die unterschiedlichen Stellungen während der Bewegung berechnet. Die ROS Programmiersprache ermöglicht dabei eine große Auswahl an Unterprogrammen, die einen Teil der Steuerung übernehmen. Die Tests und Ausarbeitungen werden jedoch noch andauern, da es sich hier um eine besonders anspruchsvolle Maschinenprogrammierung handelt.

Der erste Prototyp entsteht


Ich mache innerliche Freudensprünge. Nach einer längeren Produktionsphase entsteht jetzt der erste Prototyp meines Robotergelenks. Die Firma Paul Himmelmann GmbH in Uffhausen hat die Einzelteile gefertigt und stellt den Prototypen Stück für Stück fertig. Dieser ist nun Wort wörtlich zum Greifen nah. Ich habe Mitte Februar 2018 die Firma nochmal besucht und mir die Fortschritte angesehen. Ich war begeistert.

 

Die Fertigung der Bauteile stellte die Firma in manchen Bereichen vor knifflige Probleme, die jedoch von den kompetenten Mitarbeiter meisterhaft gelöst wurden. Die Firma hat mich auf dem Laufenden gehalten und unterstützt mich. Es wird noch ein bisschen dauern.

 

Ein paar Teile habe ich während meines Aufenthalts fotografiert.

Gehäuse

Das Gehäuse ist das komplizierteste Element, denn es muss leicht, kompackt und stabil sein.

Bremsenbuchse

Diese Bauteil beherbergt die selbstentwickelte Sicherheitsbremse.

Rotorbuchse

Die Rotorbuchse sorgt für die Drehmomentübertragung und ist ein besonders beanspruchtes Bauteil.