Flettner Hubschrauber, Bild: DLR

Für die Forschungsarbeiten wurde ein Doppelrotor-Hubschrauber der Firma SwissDrones verwendet. Bild: DLR

Der Mensch möchte schon lange intelligente Werkzeuge zur Inspektion von Pipelines und Industrie-Anlagen einsetzen. Der Grund ist einfach: Um an schwer erreichbare Stellen zu gelangen, müssen Gerüste aufgebaut werden – das ist aufwändig, teuer und extrem gefährlich. Deshalb übernehmen mehr und mehr Roboter diese Aufgaben. Hier setzen die Wissenschaftler des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik aus Oberpfaffenhofen an. Die Vision: Mit dem Greifarm-System am autonomen Hubschrauber soll in schwer erreichbaren oder gefährlichen Stellen die menschliche Hand ersetzt werden. Nun haben sie es im EU-Projekt ARCAS (Aerial Robotics Cooperative Assembly System) geschafft, einen industriellen robotischen Greifarm mit sieben Freiheitsgraden in ein autonom fliegendes Hubschrauber-System zu integrieren.

Autonom mit GPS unterwegs

Fliegender Arm, Bild: DLR
Autonomer Flettner-Hubschrauber mit integriertem robotischen Arm. Bild: DLR

Um die gewünschte Position zu erreichen, navigiert das System autonom mit GPS. Dort angekommen, wechselt es auf ein präzises Bildverarbeitungssystem, das auf mehreren eingebauten Kameras basiert. So kann der Inspektionsroboter genau geortet und der Greifarm präzise am Objekt platziert werden. Bei dem aktuellen Entwicklungsstand des Systems ist es möglich, den magnetischen Wartungsroboter bis auf einen Zentimeter genau zu greifen. Einmal vom Arm ergriffen, kann der Hubschrauber den Wartungsroboter autonom an eine sichere Stelle transportieren oder in der Zukunft auch über ihm schwebend direkt vor Ort reparieren.

In jedem der sieben Gelenke des Arms sind zudem "Kraft-Momenten-Sensoren“ eingebaut. Sie sorgen dafür, dass der robotische Arm selbständig zurückgeht, wenn Gegenstände in der Umgebung ungewollt berührt werden. Dabei können Objekte mit einer Masse von bis zu acht Kilogramm gegriffen werden. Die entwickelten Algorithmen verbinden die Steuerung des robotischen Greifarms mit der Steuerung des Hubschraubers, um den gegenseitigen Einfluss zu minimieren. Das sichert die Stabilität des Gesamtsystems und die hohe Präzision des Greifens.

Vielseitige Anwendungen

Das System kann aber nicht nur für die Reparatur von Wartungsrobotern eingesetzt werden. Die Möglichkeiten zur Anwendung sind so vielseitig wie spannend: Mehrere Greifarme könnten von einer oder von mehreren mobilen Plattformen aus defekte Satelliten reparieren, auf der ISS neue Module installieren oder beim Aufbau eines Mondhabitats helfen. Nach Meinung der DLR-Wissenschaftler sind die mathematischen und technologischen Fragestellungen in diesen Anwendungsfällen sehr ähnlich – die neue Technologie ist erst der Beginn völlig neuer Möglichkeiten.

Der "Fliegende Arm" im DLR-Video