Seilsimulator, Bild: Fraunhofer IPA

Leicht und leistungsstark: Der Seilsimulator setzt neue Maßstäbe. Bild: Fraunhofer IPA

Seilroboter werden bisher in Produktionsumgebungen genutzt, wo sie hohe Anforderungen erfüllen. Die Systeme übertreffen konventionelle Industrieroboter bezüglich Größe und Traglast um ein bis zwei Größenordnungen. Der Endeffektor kann durch bis zu acht Seile und Winden frei und zugleich sehr präzise bewegt werden. Basierend auf dieser Technologie ist jetzt unter der Leitung von Professor Heinrich Bülthoff vom MPI für biologische Kybernetik weltweit erstmals die Idee eines seilgetriebenen Bewegungssimulators realisiert worden.

Technische Neuerungen

Bei dem Seilsimulator steuern acht im Raum verspannte und an Seilwinden befestigte Stahlseile die Bewegung der Simulatorkabine. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bewegungssimulatoren ermöglicht die Verwendung von Seilen, die bewegte Masse zu reduzieren und die Arbeitsräume beliebig zu skalieren. Die Antriebsleistung von insgesamt 348 kW erlaubt es, die Kabine mit der 1,5-fachen Erdbeschleunigung entlang frei programmierbarer Bahnen in einem hallengroßen Arbeitsraum von 5 x 8 x 5 m³ zu beschleunigen. Zudem ist der Simulator durch das Umhängen der Seile innerhalb einer Stunde an verschiedene Kabinen anpassbar und lässt sich somit für unterschiedliche Szenarien einsetzen.

Philipp Miermeister, der am Fraunhofer IPA der Arbeitsgruppe für Seilrobotik von Juniorprofessor Andreas Pott angehört, hat in der zweijährigen Zusammenarbeit beider Institute die Konzeption und Umsetzung des Simulators mit viel Know-how vorangetrieben. Die Wissenschaftler haben sowohl die Steuerungsalgorithmen implementiert als auch eine leichte und zugleich widerstandsfähige Kabine aus Kohlefaser entwickelt, die den hohen dynamischen Belastungen im Betrieb standhält. Der vollständig aus Karbonfaserrohren hergestellte Kabinenrahmen maximiert das nutzbare Kabinenvolumen mit einem Durchmesser von 260 cm für Projektionsflächen und Cockpitinstrumentierung. So lässt er sich für hochwertige Videoprojektionen und realistische Bedienerschnittstellen nutzen. Gleichzeitig ist der Rahmen mit leichten 80 kg sehr schnell zu beschleunigen und hält große Kräfte aus, denn im Betrieb ziehen die Seile mit bis zu 1,5 Tonnen an der Außenstruktur.

Seilsimulator, Bild: Fraunhofer IPA
Leicht und leistungsstark: Der Seilsimulator setzt neue Maßstäbe. Bild: Fraunhofer IPA

Durch den großen Arbeitsraum und Dynamikumfang eignet sich der Simulator für ein breites Anwendungsspektrum aus dem Bereich der virtuellen Realität (VR). Hierzu zählen zum Beispiel Fahr- und Flugsimulationen sowie die Erforschung grundlegender Wahrnehmungsprozesse beim Menschen. "Dieser Simulator bietet uns völlig neue Möglichkeiten,
die Bewegungswahrnehmung und mögliche Anwendung in der neurologischen Forschung bei Gleichgewichtsstörungen zu studieren", so der langjährige Wahrnehmungsforscher Bülthoff.

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Die Kooperation zwischen Fraunhofer- und Max-Planck-Instituten hat bereits Tradition. "Mit dem Seilsimulator haben die Wissenschaftler beider Institute wieder einmal gezeigt, wie die Kombination aus Grundlagenforschung und industrienaher Technologieentwicklung zu innovativen Produkten führen kann", betont Professor Thomas Bauernhansl, Institutsleiter des Fraunhofer IPA.

Kabinendesign des Seilroboters, Bild: Fraunhofer IPA
Das Kabinendesign, hier in Minimalausführung, ist modular und vielfältig rekonfigurierbar. Bild: Fraunhofer IPA

Während eines Empfangs bei der Driving Simulation Conference & Exhibition (DSC2015) präsentieren die Wissenschaftler den Seilroboter erstmals einem breiten Publikum. Die DSC ist eine der wichtigsten Konferenzen auf dem Gebiet der Fahrsimulation in Europa und findet erstmals in Deutschland statt.

Beteiligt sind neben dem MPI auch das Mercedes-Benz-Werk Sindelfingen der Daimler AG sowie das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren (FKFS) der Universität Stuttgart. Verbunden mit einer Ausstellung lockt sie Experten aus Forschung und Industrie an.

hei