Arbeiten an optimierten Antriebssystemen für autonome mobile Roboter begonnen

Zum Kick-off-Treffen des Verbundprojekts ERA-AMR haben MetraLabs und IMMS am 14. Januar 2025 in Ilmenau die Arbeiten an optimierten Antriebssystemen für autonome mobile Roboter aufgenommen. Ziel des von Thüringen und der EU geförderten einjährigen Projekts ist es, für vielfältige Aufgabenbereiche neue Antriebslösungen für autonome Roboter zu erschließen und so innovative produktionsnahe Anwendungen zu ermöglichen. Zentral ist dabei die Entwicklung eines softwarebasierten Modellierungswerkzeugs. 

Robotische Systeme können vor allem im Industrie- und Dienstleistungssektor Arbeitskräfte von monotonen und sich wiederholenden Tätigkeiten entlasten, ihnen somit die notwendige Zeit für anspruchsvollere und abwechslungsreichere Aufgaben verschaffen und insgesamt die Effektivität und Produktivität steigern.

„Es gibt schon etliche autonome Roboter am Markt, die mit einfachen Antrieben vorwärts, rückwärts und um Kurven fahren und sich auf der Stelle drehen können,“ erklärt Erik Wolf, Senior-Entwickler bei MetraLabs. So tragen sie bereits in Produktions- und Lagerbereichen zu einem effizienten Materialfluss und zu einer reibungslosen Warenbewirtschaftung bei. Sie können nicht nur Transporte übernehmen, z.B. von Kleinladungsträgern für dynamisch anpassbare Produktionslinien, sondern auch Daten erfassen, z.B. zur Qualitätssicherung oder für autonome Inventuren.

„Für etliche Anwendungen erreichen Systeme mit den einfachen Antrieben schnell ihre Grenzen, wie bei hohen Lasten oder bestimmten Bewegungen, zum Beispiel seitwärts,“ führt Erik Wolf weiter aus. Die Roboter kämen dann buchstäblich nicht aus der Ecke. „Lösungen werden dann schnell komplexer und damit nicht nur anspruchsvoller in der Entwicklung, sondern auch deutlich teurer,“ so Wolf weiter. Knackpunkt sei hier das Antriebssystem. Es müsse für einen robusten und leistungsstarken autonomen Roboter nicht nur konstruktiv angeordnet, technisch dimensioniert und ins Gesamtsystem mitsamt den Sensoren und der Steuerungstechnik integriert werden. Es gebe vielmehr je nach Anwendung andere Zielvorgaben und individuelle Umgebungsbedingungen, die man bei der Entwicklung einbeziehen müsse.

Für die komplexen Anforderungen brauche es nicht nur fortschrittliche Antriebskonzepte, um autonome mobile Roboter auf der Basis von definierten Kennzahlen leistungsfähiger und wirtschaftlicher zu machen. „Für diese technologischen Verbesserungen werden wir vor allem an einem softwarebasierten Modellierungswerkzeug arbeiten“, sagt Dr.-Ing. Ludwig Herzog, Themenbereichsleiter für Mechatronik am IMMS. Dieses Tool werde die Entwicklung besagter Systeme bereits in der Konzeptphase unterstützen, indem es Kennzahlen für definierte Einsatz- und Anforderungsprofile berechnet und die Auswahl von geeigneten Lösungen ermöglicht.

„Dafür nutzen wir mathematische Ansätze, Methoden und Algorithmen zu Kinematik und Dynamik, die nicht nur das Antriebssystem optimieren, sondern auch in die Entwicklung des autonomen Steuerungssystems einfließen,“ erklärt Ludwig Herzog weiter.  Dieses Steuerungssystem werde dann die zuvor gesetzten Ziele wie maximale Geschwindigkeit, minimaler Energieverbrauch und hohe Robustheit beachten und dafür die Steuerungsaufgaben optimal umsetzen.

„Wir freuen uns darauf, im Projekt aus allen definierten Anforderungen ein optimales Antriebskonzept mit dem neuen Modellierungswerkzeug des IMMS und damit auch einen Prototyp für einen neuen autonomen Roboter bauen zu können,“ führt Erik Wolf weiter aus. „Unser Ansatz verspricht eine signifikante Leistungssteigerung gegenüber konventionellen Antrieben und wird neue Maßstäbe in der mobilen Robotik und Automatisierung setzen.“