Ballbot

Im Animationsfilm WALL-E säubert der kleine Putzroboter M-O alles, was an Bord der „Axiom" kommt. Er findet jeden Schmutz, während er eifrig auf einer Art Ball durch die Gänge rollt. Was in computeranimierten Filmen relativ rasch umgesetzt wird, ist in der Realität harte Arbeit und befindet sich noch im Anfangsstadium.

„Diese Fortbewegungsart ist für einen Roboter sehr besonders. Durch eine  einzige Kontaktstelle mit dem Boden ist ein sogenannter Ballbot omnidirektional und damit außergewöhnlich agil, wendig und organisch in der Bewegung im  Vergleich zu anderen Landfahrzeugen“, sagt Masterstudent Olaf Saßnick, der  zurzeit sein Auslandssemester an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh, USA verbringt. Dort entstand im Jahr 2005 der erste Ballbot. Saßnick unterstützt – im Zuge seiner Mastarbeit – die Forscher vor Ort bei der Optimierung der  Robotersteuerung. Auch Zuhause, gemeinsam mit seinem Studienkollegen Johannes Auer, tüftelt der 26-Jährige an solch einem „rollenden Roboter“.

„Wir haben schon im Bachelorstudium mit der Entwicklung unseres Ballbots begonnen“, erzählt Johannes Auer, der im Sommer sein Masterstudium erfolgreich abschloss. Saßnick und Auer gesellen sich damit zu den ersten Entwicklern in diesem Bereich und zählen zu den ersten Studierenden, die die Vertiefung Mechatronik im Studium Informationstechnik & System-Management gewählt haben. Der erste Schritt in der Entwicklung ihres Ballbots – die beiden Studienkollegen haben in dieser Phase über 500 Stunden in das Projekt investiert – bestand in der Planung, im Design und in der Fertigung der speziellen Räder des Roboters. Die sogenannten Omniwheels können sich in alle Richtungen bewegen. Mit ihnen kann sich der Ballbot am Ball halten. Auer: „Ein großer Dank geht an Helmut Brunauer bei EMCO. Er hat uns die 80 teils winzigen und schwierig fräsbaren Einzelteile angefertigt.“

Zusammenspiel wichtig

Im zweiten Schritt widmeten sich die Freunde der Elektronik: „Der Roboter ist in mehreren Ebenen aufgebaut. In der zweiten haben wir die Kommunikation- und Regelungselektronik angesiedelt. Hier haben wir eine eigene Platine für die Sensorik und Steuerung entwickelt.“ Das Ansteuern des Roboters ist jedoch nicht so einfach. „Wenn der Sensor selbst nur eine minimale Verzögerung von zwei Millisekunden hat, verliert der Ballbot an Stabilität und fällt um“. Mit einer ausgetüftelten Regelungstechnik basierend auf komplexen Algorithmen hat es Auer zum jetzigen Zeitpunkt jedoch soweit geschafft, dass der Roboter auf griffigem Boden semistabil ist. „Für die Stabilität ist das optimale Zusammenspiel des Sensors, der den Neigungswinkel misst, das Kommunizieren mit dem Prozessor und das Moment, also der Kraftaufwand, der Motoren äußerst wichtig.“

In Zukunft werden weitere Studierende an dem Projekt arbeiten. „Wir haben die Basis geschaffen. Zukünftige Mechatroniker werden den Ballbot mit einem Sensor im Wert von 1.000 Dollar ausstatten, damit die Stabilität und Fahrtüchtigkeit des Roboters optimiert wird.“ Schlussendlich soll der „rollende Robo“ eigenständig im Raum fahren und Hindernissen ausweichen. Auer: „Auch jetzt schon weiß der Roboter, wo er sich im Raum befindet. Das Messen funktioniert bereits. Und bald wird er auch rollen können.“

  • Omniwheels: Johannes Auer und Olaf Saßnick haben die auf der Welt einzigartigen Räder selbst entworfen und entwickelt. Sie können in alle Richtungen fahren und sorgen für Stabilität des Roboters auf dem Ball.