Dein Freund und Roboter im Haushalt, in der Industrie und im Katastropheneinsatz - maxon Group
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Dein Freund und …
Roboter im Haushalt, in der Industrie und im Katastropheneinsatz
Sein Name ist Yochai
Von 0 auf 30 km/h in 3 Sekunden
2 Inhalt __ __ Inhalt 3
4 News
S. 16 S. 38 S. 26
Fokus Robotik
8 Freund. Maschine. Retter. Editorial
Der Erfolg der
Roboter werden unsere neuen Helfer – ob im
Haushalt, in der Industrie oder im Katastrophenfall.
Pepper, Romeo, P-Rob und Hubo übernehmen
16
immer komplexere Aufgaben für uns.
Sein Name ist Yochai
Roboter ist auch
Roboter-Ethikerin Kate Darling erforscht am MIT
die emotionalen Bindungen von Menschen zu Robotern
und unseren Umgang mit den Maschinen.
ein Erfolg für uns
maxon inside
S. 28 18 Spiel mit dem Wasser
maxon motor steht nicht nur für Motoren, sondern
S. 18 bietet auch komplexe Gesamtlösungen für gigantische
Wasserspiele.
Special
22 Von 0 auf 30 km / h in 3 Sekunden
Fotos: Flavia Schaub, Sphero, ARRI, Otto Bock, maxon motor / Philipp Schmidli, Universität Bielefeld, maxon motor ag, Aldebaran Robotics / Vincent Desailly, Alessandro della Bella
Wie Mountainbiker dank des leistungsstarken
Elektroantriebs Bikedrive steile Trails nicht nur herunter
Eugen Elmiger, CEO der maxon motor ag
heizen, sondern auch aufwärts erklimmen.
S. 22 Exploration
Ich weiss nicht, wie es Ihnen geht, aber ich
26 Wilden Tieren auf der Spur
Eine Videokamera, speziell für Dokumentationen
S. 8
ausgelegt, erfasst schnell die schönsten Bilder in staune über die Fortschritte in der Robotik.
der Savanne von Kenia.
Maschinen in Industriebetrieben werden
präziser und intelligenter – sie können Men-
Expertise
28 Ansteuerung von Achsen in der Robotik schen direkt unterstützen. Gleichzeitig
Nur wer die richtige Balance zwischen Modulari- entwickeln Ingenieure Roboter, die autonom
S. 36 S. 7 sierung und zentraler Koordination der Achsen findet, Katastropheneinsätze erledigen. Und in
hat Erfolg. Asien macht Pepper alle Leute verrückt. Ich
kann mir gut vorstellen, dass dieser soziale
Innovation Roboter bald viele Haushalte erobert. Die Nach-
32 Ein Rollstuhl für alle Fälle
frage ist bereits riesig.
Mit Scalevo ist Treppen steigen für Gehbehinderte
bald keine Herausforderung mehr.
Der Erfolg von Pepper ist auch ein Erfolg für
36 Intelligenz auf sechs Beinen maxon. Von Anfang an sind wir als Partner
Hector, der Roboter mit dem Skelett einer riesigen bei der Entwicklung dabei gewesen, haben ge-
Stabheuschrecke, ist ein wahrer Kletterkünstler. testet und angepasst, bis unsere Motoren
perfekt ins System passten. Und so verfolgen
Wettbewerb
wir bei maxon gespannt, wie die Story
38 Wie viel maxon steckt in Romeo,
dem Pflegeroboter? rund um Pepper und alle anderen Roboter
Teilnehmen und mit Sphero Ollie einen eigenen weitergeht. driven gibt Ihnen einen Einblick
Roboter gewinnen. in diese faszinierende Welt der Robotik.
Ich wünsche Ihnen viel Spass beim Lesen.
Die aktuelle Tablet-Ausgabe mit
interaktiven und multimedialen
Features finden Sie im Apple App
S. 32 Store, im Google Play Store
und auch im Windows Store.
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015
4 News __ __ News 5
Shell Eco-marathon Loch im Asphalt, ein Bauteil versagt,
ein Teammitglied wird krank ...
2015 auf einen Blick
Das Bionic
Darin liegt auch der Reiz des
Der Kampf um Wettbewerbs. Nach einem Jahr der
Energieeffizienz Vorbereitung vom Entwurf bis hin
Supermodel
zur physischen Konstruktion und Erpro-
bung des Fahrzeugs entscheidet
Es ist früh am Morgen, in der Halle sich alles im eigentlichen Rennen. In 197 + 4000
sind die Geräusche eines spannenden jedem Jahr stehen Schülerteams Teams Schüler
Wettbewerbs zu hören: Gespräche, vor der Aufgabe, ihre Grenzen auszu-
Rebekah Marine, 28, Bionic Model, herunterfallende Werkzeuge, dann und reizen. Und in jedem Jahr werden
ist im September auf der New York wann startet ein Motor. Menschen die Regeln geändert und verschärft,
mit panischem Gesichtsausdruck lau- sodass die Aufgabe nicht zur Routine
Fashion Week gelaufen. Ohne rechten fen hin und her, die Kontrolleure wird. Immerhin dreht sich alles
Unterarm geboren, hat sie sich nicht unter- führen mit strenger Miene ihre Inspek- um die Entwicklung einer sparsamen
tionen durch, und die Luft ist ange- Technologie mit hohem Wirkungs-
kriegen lassen. Sie plädiert öffentlich füllt mit dem Geruch von Abgasen, grad. Die Ergebnisse zeigen die Effek- aus 26 Ländern
für mehr Toleranz in der Modelbranche Gummi, Schweiss und Kaffee. tivität dieser Entwicklung: Der Sie-
Herzlich willkommen im Ahoy in ger von 1985 kam mit einem Liter
gegenüber Frauen, die nicht der Norm Rotterdam – dem Schauplatz des Benzin immerhin 680 Kilometer weit.
entsprechen. Auf dem Laufsteg trug Shell Eco-marathon Europe 2015, der In diesem Jahr betrug beim Sieger-
Rebekah Marine ihre moderne Prothese heuer zum dreissigsten Mal statt team das Verhältnis von Litern Kraft- 2551 27 000 +
findet. stoff zu gefahrenen Kilometern km pro Liter = technische
i-limb quantum des britischen Her- Die Teams arbeiten hart für den 1 : 2251. Siegerstrecke Kontrollen
stellers Touch Bionics. Für perfekte Greif- Sieg in einer der Kategorien. Natürlich Viele Teams in den Klassen Elektro-
sind die Preise für das sparsamste mobilität und Hydrogen verwendeten
bewegungen der Finger sorgen DC- Fahrzeug in der jeweiligen Klasse und maxon Motoren, sodass maxon zum
Motoren und Planetengetriebe von die Preise für weitere Kategorien stolzen Partner zahlreicher Sieger
wie Kommunikation, Sicherheit, tech- wurde. maxon unterstützte auch ein
maxon mit einem Durchmesser von nische Innovation usw. bei den neues Schulteam bei der ersten
10 Millimetern. Teilnehmern sehr begehrt. Eine Erfolgs- Teilnahme und ermöglichte so
garantie gibt es jedoch nicht. Auch 30 Schülern eine einmalige Erfahrung.
die beste Vorbereitung sagt noch Wir hoffen, dass sie im nächsten
nichts über das Ergebnis aus. Man Jahr wieder dabei sind, wenn der Shell
weiss nie, was so passieren kann: ein Eco-marathon in London stattfindet.
Team Euregiorunners präsen-
tiert das erste Fahrzeug,
das mithilfe von Formen aus
Fotos: Rebekah Marine, Shell
dem 3-D-Drucker gebaut
wurde (links).
Das Green Team Twente Young
vom Bonhoeffer College aus
Enschede (Niederlande) war zum
ersten Mal dabei (oben).
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015
6 News __ __ News 7
RoboThespian NEUE PRODUKTE
menschenähnlich sind. Diese werden
Ein Roboter als durch eine intelligente Kombination aus Industrie 4.0 bei maxon
Standesbeamter druckluftbetriebenen «Muskeln» und
maxon Motoren ermöglicht. In Händen,
Armen und Torso des Roboters kommt Online-Konfigurator
China – im Land des Lächelns hat sich
ein junges Paar von einem humanoiden
eine Mischung aus A-max-Hochleis- neu mit bürstenlosen
tungsmotoren und RE-max-Motoren mit
Roboter verheiraten lassen. Neodym-Magneten und Planetenge DC-Motoren
Unauffällig steht RoboThespian im trieben von maxon zum Einsatz. Laut
Hintergrund der Hochzeitszeremonie – Engineered-Arts-Geschäftsführer Will Online konfigurieren, bestellen, fertig. Mit dem
mit seiner Computerstimme begrüsst er Jackson müssen die Bewegungen von Konfigurator von maxon ist es ganz einfach,
das Paar und beginnt seine Rede. Nach RoboThespian möglichst leise und einen massgeschneiderten DC-Motor zusam-
dem Jawort reicht er der Braut und dem präzise sein, wenn er in Ausstellungen menzustellen. Neu funktioniert das auch mit
Bräutigam die Ringe. Der «Standes den Besuchern etwas zeigt oder er- drei bürstenlosen Modellen. Und diese Moto-
beamte» ist eine menschenähnliche klärt. Gleichzeitig muss er mit langen EPOS4 ren mögen Speed.
Maschine, die nicht nur tanzen, singen, Arbeitszeiten klarkommen. «maxon Module 50/15
moderieren und schauspielern kann. Der und 50/8 Die totale Vernetzung findet nicht nur im Privat
DC-Motoren sind ideal für diese schwie-
Roboter imitiert sogar Gefühle. Sicher rige Kombination von Anforderungen. bereich statt. Sie hat auch die Industrie ergriffen.
hat er auch bei der Hochzeit die eine Sie liefern absolute Präzision und sind Hier wird die Vernetzung von Entwicklung, Lager-
oder andere digitale Träne vorgetäuscht. extrem zuverlässig.» systemen, Maschinen und Betriebsmitteln als
Die britische Firma Engineered Arts Industrie 4.0 bezeichnet. Die Fertigungsprozesse
hat den lebensgrossen Roboter so Sehen Sie die Trauung auf: werden flexibler. Der Kunde profitiert von mass
entwickelt, dass seine Bewegungen sehr youtube.com > Robothespian wedding geschneiderten Produkten, die er selber konfigurie-
ren kann – und von einer kurzen Lieferungszeit.
maxon bietet ein solches System bereits seit
drei Jahren an. Mithilfe des Online-Konfigurators
46 km / h
EPOS4 Module 50 / 15 und 50 / 8 können die Kunden ihre DC-Motoren nach
Wunsch zusammenstellen. Sie wählen die pas-
sende Wicklung, Flansch, Welle und vieles mehr.
Geballte Motion- Das Resultat wird an maxon übermittelt und in der
Control-Power halbautomatischen Produktion in der Schweiz
zusammengebaut. Nach spätestens 11 Arbeits
tagen verlassen die fertigen Antriebe das Haus.
Geschwindigkeitsrekord. Der Laufroboter maxon motor lanciert mit EPOS4 die nächste
maxon hat das Sortiment von Motoren, Getrie-
Raptor, entwickelt von Forschern des Korea Generation der erfolgreichen EPOS-Produkt
ben und Encodern im Konfigurator stetig erweitert,
reihe. Das bewährte Konzept der CANopen-
Advanced Institute of Science and Techno- sodass heute Antriebe mit einem Durchmesser
Positioniersteuerungen wird mit neuer Funkti-
logy (KAIST), läuft bis zu 46 km/h. Er ist damit von 10 bis 35 Millimetern zur Verfügung stehen.
onalität und mehr Regelperformanz ergänzt.
Jetzt kommen endlich auch bürstenlose DC-Moto-
der schnellste zweibeinige Laufroboter der Ein modulares Erweiterungskonzept ermög-
ren hinzu: Die Modelle ECX 8, ECX 16 und der
Welt. Der Roboter wurde nach dem Vorbild licht zudem den Anschluss an verschiedene
ECX 19 erweitern die Linie ab sofort.
Feldbus-Schnittstellen und Feedbackgeber.
eines Velociraptor-Dinosauriers konstruiert. Diese Antriebe sind sterilisierbar und erreichen
Als erstes Produkt der Reihe kommen die
Raptor ist knapp einen halben Meter gross und leistungsstarken EPOS4 Module mit steck
sehr hohe Drehzahlen von bis zu 120 000 Um-
wiegt nur 3 Kilogramm. Er kann sich selbst drehungen pro Minute. Sie produzieren kaum Ge-
baren Stiftleisten in zwei Leistungsvarianten
räusche und wenig Wärme. Somit sind sie unter
ausbalancieren und Hindernisse bis zu 10 Zen- daher. Die beiden Module bestechen vor
anderem ideale Antriebe für Anwendungen im
timetern mit Leichtigkeit überspringen. allem durch ihre Leistungsdichte: bis zu 1500
Medizinbereich.
Watt Spitzenleistung bei Abmessungen
Jedes Bein des Roboters wird von einem bürs- von lediglich 57 x 62 Millimetern. Sie eignen
tenlosen maxon Motor angetrieben. Die An- Online-Konfigurator:
sich sowohl für die Ansteuerung von bürs
ecx.maxonmotor.ch
triebssysteme bestehen aus einem leistungs-
Fotos: Engineered Arts, KAIST, maxon motor ag
tenbehafteten als auch bürstenlosen
starken EC-4pole 30, in Kombination mit Gleichstrommotoren.
einem Planetengetriebe GP 32 HP und einem
MR-Encoder. Die Ansteuerung erfolgt über
ein maxon ESCON Module 50/5. Entwickelt
wurde der Roboter von Prof. SooHyun
Kim, Prof. KyungSoo Kim, Prof. Daigil Lee,
maxon ECX Speed 16 maxon ECX Speed 19
Dr. JongWon Park, Jinyi Lee und Jinwoo Lee. Ø 16 mm, bürstenlos Ø 19 mm, bürstenlos
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015
8 Fokus __ Robotik Robotik __ Fokus 9
Freund.
Maschine.
Retter.
In den Fabrikhallen und in unseren Haushalten werden stetig mehr Roboter
eingesetzt. Und sie lösen immer komplexere Aufgaben. Trotzdem bleibt
eine Maschine wie der Terminator ein Phantasieprodukt. Klar ist: Roboter und
Menschen werden sich in den nächsten Jahren viel näher kommen.
S ie sind überall. Mähen den Rasen, melken die Kühe, montieren
Autos. Sie unterrichten Kinder und animieren Bewohner von
Pflegeheimen zu Fitnessübungen. Roboter sind auf dem Vor-
marsch. Und es werden immer mehr.
Industriebetriebe weltweit haben im letzten Jahr mehr als
200 000 Roboter gekauft – so viele wie noch nie zuvor. In zwei
Jahren werden es doppelt so viele sein, hauptsächlich wegen der
hohen Nachfrage aus China. Hinzu kommen Serviceroboter, die
Foto: maxon motor ag / Daniel Gillet
ebenfalls immer gefragter werden. Ihr Marktpotenzial liegt laut
Schätzungen bis 2020 bei 20 Milliarden US-Dollar. Zwar gibt es
bereits seit Jahrzehnten Roboter, aber erst jetzt scheint die Tech-
nologie reif für den ganz grossen Durchbruch. Und vielleicht
stellen diese Maschinen tatsächlich die vierte industrielle Revolu-
tion dar – nach dem Auto, dem Computer und dem Smartphone.
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015
10 Fokus __ Robotik Robotik __ Fokus 11
Das Familienmitglied
Magali Cubier jedenfalls ist von dieser Revo- zurückhaltend, wenn sie auf unsere Roboter Pepper – Aldebaran
lution überzeugt. Sie ist globale Marketing- treffen. Deshalb haben wir Pepper so pro-
chefin beim französischen Roboterhersteller grammiert, dass er auf Personen zugeht und Grösse: 120 cm
Gewicht: 28 kg
Aldebaran und derzeit eine vielbeschäftig- sie anspricht. Wenn sie dann merken, wie ein-
Motoren: 6 maxon Motoren
te Frau. Denn die ganze Welt spricht über fach der Umgang mit dem Roboter ist, wer-
maxon RE 40
Pepper, Aldebarans Vorzeigeroboter. 120 Zen- den sie lockerer und haben Spass.» Ø 40 mm, Graphitbürsten,
Pepper ist das Aushängeschild des
timeter gross, schlanke Statur, auf drei Rollen französischen Roboterspezia-
150 W
unterwegs und mit menschlichen Romeo wählt den Notruf listen Aldebaran. Er kann Gesichter,
Roboter lernen, Merkmalen wie Kopf, Torso und selbstständig Gesten und Emotionen lesen,
menschliche Emotio- Armen ausgestattet. Pepper ist Pepper wird allerdings immer bloss ein Kom- einordnen und entsprechend
niedlich, hat grosse Kulleraugen munikationskumpel bleiben. Anders als sein reagieren. Der Roboter bewegt Romeo – Aldebaran
nen zu erkennen und und soll Freund und Unterhal- grösserer Bruder Romeo. Der läuft auf zwei sich auf drei Rollen, die in seinem
darauf zu reagieren. ter sein. Wie das geht? Er kann Beinen, ist mit 140 Zentimetern grösser als Sockel verbaut sind. Angetrieben Grösse: 146 cm
werden die Räder durch jeweils Gewicht: 37 kg
Emotionen lesen und reagiert auf Pepper und mit kräftigen Armen ausgestat-
zwei bürstenlose Flachmotoren von Motoren: 37 maxon Motoren
diese. Lässt sein Gegenüber die Schultern und tet. Er soll zwei volle Wasserflaschen tragen maxon, die 70 Watt starken
den Kopf hängen, versucht Pepper, ihn aufzu- können, Treppen steigen und Türen öffnen. EC 45-Motoren. Diese liefern hohe Romeo, der Assistenzroboter
muntern: erzählt einen Witz, tanzt oder spielt Auch er wird einst mit seinen Nutzern rege Drehmomente und sind für ihre von Aldebaran, ist mit 37 DC-
ein Lied. Cubier sagt: «Unsere Roboter sollen kommunizieren und ihre Gesten und Emoti- Langlebigkeit bekannt. Motoren von maxon ausgestattet.
Leuten helfen und ihnen im täglichen Leben onen lesen können. Ein perfekter Helfer für Pepper ist vorerst nur in Japan Die Gleichstrommotoren sind
zur Seite stehen.» ältere Menschen, der sofort registriert, wenn erhältlich. Dort kostet er rund bürstenbehaftet und besitzen die
2000 Dollar. Zudem müssen Käufer eisenlose maxon Wicklung.
Pepper ist mit mehreren Sensoren und etwas nicht stimmt, und dann automatisch
ein Abo abschliessen. Wann Dies sorgt für ein sehr gutes Regel-
Kameras ausgestattet und einer ausgeklügel- den Notruf wählt. genau der niedliche Roboter in verhalten. Zudem verhält sich
ten Software, die ihn lernfähig macht. Mit der Doch Romeo wird nie in die Massenpro- Europa oder Amerika die Stromstärke proportional zum
Zeit lernt er, Stimmen und Gesichter verschie- duktion gehen. Er ist ein Forschungsprojekt zu haben ist, steht noch Drehmoment. Das bedeutet:
denen Personen zuzuordnen, weiss über die von Aldebaran und nur in wenigen europäi- nicht fest. Über den Strom erhält die Steue-
Vorlieben seiner Nutzer Bescheid. Fragt man schen Labors zu finden. Diese arbeiten daran, rung Informationen, falls Romeo
ihn nach dem Wetter, antwortet er mit den seine Lauffähigkeit, Navigationsfertigkeit und irgendwo anstösst oder mit etwas
aktuellen Prognosen. Über das Internet hat er Mensch-Roboter-Interaktion zu verbessern. kollidiert. «Er wird durch diese
Zugriff auf Upgrades. Pepper, so das Ziel, soll «Wir wollen von diesen Arbeiten profitieren Kraft-Rückmeldung sicherer», sagt
dadurch immer mehr Fähigkeiten erhalten. und unsere künftigen Produkte basierend Rodolphe Gelin, Direktor des
Labors für künstliche Intelligenz bei
Dies scheint gut anzukommen. Im Juni 2015 auf den gemachten Entwicklungen bauen»,
Aldebaran. Er und sein Team
verkaufte SoftBank, Aldebarans Mutterkon- sagt Aldebaran-Entwicklungschef Rodolphe verlassen sich seit Jahren auf
zern, die ersten 1000 Pepper-Robos innerhalb Gelin. Romeo ist somit der Prototyp des künf- maxon Motoren. Diese finden sich
einer Minute. Bald sollen deutlich grössere tigen Pflegeroboters. Und das Bedürfnis nach in allen drei Aldebaran-Robotern:
Stückzahlen erhältlich sein. Die Einsatzmög- solchen Robotern wird in Zukunft gross sein, Romeo, Pepper und dem kleinsten
maxon EC 45 flat Mitglied Nao.
lichkeiten sind gross: Familien kaufen ihn zur da die Weltbevölkerung unaufhaltsam altert
Ø 45 mm, bürstenlos,
Unterhaltung. Demenzkranke Leute erhalten und Pflegepersonal knapp wird. 70 W
mit ihm einen Butler, der sie weckt, sie an die
Romeo ist der Prototyp des Medikamenteneinnahme erinnert oder mit
künftigen Pflegeroboters. ihnen Gedächtnisspiele macht. Bereits heu-
te empfängt Pepper Kunden in japanischen
Fotos: Aldebaran Robotics
Telecom-Geschäften. Dort, wie in ganz Asien,
herrscht eine regelrechte Robotermanie. Ob
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sich Pepper auch im eher roboterkritischen 2 // 2015 herunter und sehen
Europa durchsetzt, muss sich zeigen. Magali Sie, wie Pepper im Video tanzt.
Cubier sagt dazu: «Einige Leute reagieren magazin.maxonmotor.ch
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015
12 Fokus __ Robotik Robotik __ Fokus 13
Der Helfer
Mensch und Maschine kommen sich auch in Noch stehen wir am Anfang. Und dennoch: P-Rob – F&P Robotics
der Industrie immer näher. Dort lautet der ak- Kollaborative Roboter verändern die Fer-
Grösse: 100 cm
tuelle Leitsatz: Raus aus dem Käfig! Viele Her- tigung der Kleinteilemontage nachhaltig – Gewicht: 16 kg
steller präsentieren leichtgewichtige Modelle, ob für Montagearbeiten in der Elektronik- Motoren: 8 maxon Motoren
die Hand in Hand mit Personen in Fabrikhal- industrie oder in der Laborautomatisation.
len zusammenarbeiten. Diese neue Generati- Davon ist auch Hansruedi Früh, CEO von Dieser Roboterarm besitzt ein
on von kollaborativen Robotern ist kleiner als F&P Robotics, überzeugt: «Unser Roboter- Skelett aus Aluminium und eine
die bisherigen Maschinen, die unter anderem arm P-Rob kann Behälter sowie Aussenhülle aus Kunstleder.
in der Automontage eingesetzt werden und Werkzeuge handhaben oder in Industrieroboter stoppen Er ist mit sechs Freiheitsgraden
hinter grossen Schutzgittern arbeiten. Weil der Qualitätskontrolle arbeiten.» ihre Bewegungen, ausgestattet. Und in jedem
Gelenk steckt ein bürstenloser
die neuen Geräte nahe beim Menschen posi- Im Zusammenspiel mit einer
tioniert sind, dürfen sie nicht zu schnell und modernen Software kann er Ob-
sobald Menschen ihnen DC-Motor von maxon. Es handelt
sich dabei um Flachmotoren
zu stark sein. Sicherheit geht vor. jekte erkennen, greifen und ma- zu nahe kommen. mit Durchmessern von 45 und
Diese Roboter müssen zwar keine Emotio nipulieren – immer im Zusam- 90 Millimetern und einer Leistung
nen lesen, aber doch erkennen können, was menspiel mit dem menschlichen Mitarbeiter. von 70 respektive 90 Watt.
um sie herum passiert. Sensoren und Kame- Diese Maschinen werden bald so intelligent «Vor allem die flache Bauweise
ras helfen ihnen dabei. Kommt ein Mensch zu sein, dass sie Fehler in der Produktionslinie der Motoren betrachten wir
als grossen Vorteil», sagt Hans-
nahe, stoppt der Roboter sofort seine Bewe- selbstständig analysieren und beheben. Das
ruedi Früh, CEO von F&P
gung. Viele Hersteller setzen zudem weiche führt natürlich zwangsläufig zu einem Abbau Robotics. Er und sein Team lan
Materialien ein. Das Schweizer Start-up-Un- von Arbeitsplätzen. Zumindest in gewissen cieren im Herbst 2015 bereits
ternehmen F&P Robotics etwa kleidet seine Montagebereichen. Roboterfirmen dagegen Roboter entwickeln den Nachfolger des Roboterarms:
Roboterarme in zweifarbige Kunstlederhül- werden wachsen – wenn sie ihre Sache gut sich durch die den P-Rob2, welcher noch
len. Im Innern befinden sich bürstenlose DC- machen. Zusammenarbeit mit schlanker in der Bauweise sein wird.
dem Menschen
Motoren von maxon, ein Antrieb pro Gelenk. weiter und können
Wie bei allen modernen Robotern gilt auch bald Fehler in
hier: möglichst viel Leistung auf kleinstem der Produktionslinie
Raum. Denn Motoren mit grossen Drehmo- selbstständig
analysieren und
menten benötigen keine oder nur sehr kleine beheben.
Getriebe. Das spart Platz und Geld.
Lernen durch Interaktion
Kosten sind sowieso ein wichtiger Punkt. Mit
den günstigeren kollaborativen Robotern maxon EC 45 flat maxon EC 90 flat
haben die Hersteller kleine und mittelgrosse Ø 45 mm, bürstenlos, 70 W Ø 90 mm, bürstenlos, 90 W
Unternehmen im Blick. Auch diese müssen
ihre Abläufe zunehmend automatisieren,
wenn sie auf dem Markt bestehen wollen.
Solche Firmen benötigen Maschinen, die
sehr einfach zu bedienen und zu program-
Fotos: F&P Robotics, maxon motor ag
mieren sind. Praktisch alle Anbieter, von
ABB über Fanuc bis Kuka, haben deshalb das
«Teaching» eingeführt. Das bedeutet: Nutzer
packen den Roboterarm und führen ihn an
die gewünschte Stelle. Der Roboter merkt
sich den Ort und führt die Bewegung danach
selbstständig aus.
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015
14 Fokus __ Robotik Robotik __ Fokus 15
Der Lebensretter DRC-Hubo – KAIST
Grösse: 180 cm
Gewicht: 80 kg
Es gibt jedoch Fälle, in denen wäre es ganz können im Betrieb überlastet werden. Das
Motoren: 33 maxon Motoren
gut, wenn uns Roboter ersetzen könnten. Team KAIST reizte diese Möglichkeit aus und
Beispiel Fukushima: Die Reaktorkatastrophe verwendete Luftkühler für noch mehr Power.
in Japan wäre weniger schlimm ausgefallen, «Wir haben eine lange Beziehung zu maxon
Der DRC-Hubo-Roboter ist ein süd-
wenn jemand gleich nach dem Unglück im und grosse Erfahrung mit ihren Motoren. koreanisches Kooperationspro-
Inneren der Anlage gewisse Ventile hätte öff- Deshalb vertrauen wir völlig auf deren hohe jekt unter der Leitung von Profes-
nen können. Doch für Menschen war die ra- Qualität und Performance», sagt der Kopf sor JunHo Oh. Beteiligt sind
dioaktive Strahlung tödlich. Und Roboter wa- des Teams, Professor JunHo Oh. Er erklärte KAIST (Korea Advanced Institute
ren damals noch nicht weit genug entwickelt, am Wettkampf selber, dass Hubo nichts Be- of Science and Technology)
um eine solche Aufgabe zu übernehmen. Das sonderes sei, «einfach ein humanoider Robo- und Rainbow Co., ein Spin-off-
Unternehmen des Hubo-Labors.
ändert sich nun bald. ter». Das hört sich sehr untertrieben an, wenn
Für die Darpa Challenge haben die
Diesen Sommer beteiligten sich 23 Teams man sieht, was Hubo erreicht hat. Fünf Hubos Ingenieure die bisherige Version
aus fünf Ländern an der Darpa Robotics haben die Koreaner gebaut, jeder mit einem des Roboters stark verbessert.
Challenge (DRC) in den USA. Die Ingeni- geschätzten Wert von 0,5 bis 1 Million Dollar. Längere Arme und Beine, eine Hülle
eure lösten mit ihren Robotern verschiedene Die Ingenieure hinter DRC-Hubo sagen, aus Aluminium statt Kunststoff
Aufgaben – alles realistische Szenarien nach ihr Roboter könne heute bereits einfache und vor allem: mehr Power. «Wir
einer Katastrophe. Die Maschinen mussten Missionen und Aufklärungen durchführen. benötigten kompakte, leichte
und gleichzeitig leistungsstarke
Auto fahren, Löcher in Wände fräsen, Türen In zehn Jahren sollen Roboter dann so weit
Antriebe. Die maxon Moto-
öffnen, Ventile betätigen und schwieriges sein, auch komplizierte Aufgaben in gefähr-
ren erfüllen all diese
Terrain überwinden. Dabei zeigte sich: Eine lichen Umgebungen zu übernehmen. Was es Voraussetzungen»,
Terminator-Maschi- dafür noch braucht? Roboter, die selbststän- sagt Professor Oh.
Auf einen Katastro- ne wie im Film wird dig unvorhergesehene Herausforderungen Vor allem die mehr-
phenroboter muss es noch lange nicht meistern. Und dann ist da noch die Sache Bei der Darpa poligen, bürstenlosen
geben. Besonders der mit dem menschlichen Gang. An dieser He- Robotics Challenge DC-Motoren EC-4pole 30 mit
man sich im Ernstfall menschliche Gang rausforderung arbeiten auch die Entwickler müssen sich ihren 200 Watt Leistung sind per-
verlassen können. auf zwei Beinen ist von Hubo fleissig. Ihr Roboter soll schon
Katastrophenroboter
in vielen Disziplinen
fekt geeignet. Das KAIST-Team
hat 25 Stück davon verbaut. Sie
nach wie vor eine bald sicher und stabil über unebenes Gelän- beweisen, indem sie werden oft in Überlast betrieben
grosse Herausforderung. Die Roboter kippten de gehen können – so wie ein Mensch. Oder u.a. Auto fahren,
und deshalb mit Ventilatoren ge-
Ventile betätigen und
reihenweise um und erinnerten dabei an be- jedenfalls fast. kühlt. So holen die Koreaner
schwieriges Terrain
trunkene Menschen. Die Sieger aus Südkorea überwinden. das Maximum aus den Hightech-
machten es besser. Ihr Roboter DRC-Hubo Motoren heraus. «Wir kennen
ist mit zwei Beinen ausgerüstet, kann aber maxon schon lange und haben
Erfahrung mit ihren Produkten.
gleichzeitig auf Rollen fahren, die an den Kni-
Deshalb haben wir grosses Ver-
en angebracht sind. Diese Hybridlösung ent- trauen in die Qualität und die
puppte sich als äusserst effizient. DRC-Hubo Performance der Antriebe.»
hatte die nötige Stabilität und löste alle Auf-
gaben in kürzester Zeit. Das Team rund um
das Institut KAIST gewann das Preisgeld von
2 Millionen US-Dollar.
Hohe Ansprüche
Die koreanischen Ingenieure verwendeten
Fotos: KAIST, Darpa
für die wichtigsten Gelenke ihres Roboters maxon EC-4pole 30
33 maxon DC-Motoren, die meisten davon Ø 30 mm, bürstenlos, 200 W
bürstenlose EC-4pole-Antriebe. Diese be-
sitzen eine sehr hohe Leistungsdichte und
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015
16 Interview __ Roboter-Ethikerin Kate Darling Roboter-Ethikerin Kate Darling __ Interview 17
Kate, wie kommt es, dass du im For-
schungsgebiet der Robotik gelandet
bist? Hat dich das Thema schon immer
interessiert?
Roboter fand ich schon als Kind extrem span-
nend. Ich habe in der Schweiz Jura studiert
und während meines Doktorates 2011 eine
zunächst juristische Stelle am MIT angenom-
men. In den letzten vier Jahren habe ich dann
sozusagen meinen Disziplinhorizont erwei-
tert und forsche nun vermehrt in Robotik,
Psychologie und Ethik.
Du forschst seit wenigen Jahren auf dem Die Roboter-Ethikerin
Gebiet der Roboter-Ethik – wie sieht Kate Darling glaubt, dass
wir zukünftig Roboter
dein Arbeitstag am MIT Media Lab aus?
wie Haustiere wahrnehmen
Ich habe keinen wirklichen Arbeitsalltag, und wie beispielsweise Augen, sind einige Men- und behandeln werden.
jeder Tag ist anders! Momentan arbeite ich schen schnell bereit, die Roboter in gewissen
an mehreren Projekten. Das kann heissen: Situationen ähnlich wie Tiere zu behandeln.
Sitzungen mit Kollegen, früh aufstehen, um
Experimente durchzuführen, die ganze Nacht Kommt es nicht auch stark auf das
an der Datenanalyse oder einem Paper arbei- Aussehen eines Roboters an, ob man
ten oder zu einer Konferenz reisen. Womit Gefühle entwickelt?
ich leider die meiste Zeit verbringe, ist wahr- Ja, das Aussehen spielt eine grosse Rolle. Wir
scheinlich mailen. behandeln auch verschiedene Tiere anders,
je nach ihrer äusseren Erscheinung. Und
Pepper ist ein Roboter, der Emotionen Menschen!
lesen und darauf reagieren kann. Lässt
man vor Pepper den Kopf hängen, dann Was ist mit bewaffneten Militärrobotern?
erzählt der Roboter einen Witz, tanzt oder Eine Gefahr für die Menschheit? Kate Darling (33) wurde in
spielt ein Lied. Da muss man ja fast eine Wie jede andere Technologie kommt es auf Amerika geboren und zog
emotionale Bindung aufbauen. Warum die Anwendung an. Wir sollten uns auf jeden als 9-Jährige in die Schweiz.
Sie ist in Basel aufgewach-
vermenschlichen wir Roboter so sehr? Fall Gedanken um autonome Waffensysteme sen. In der gleichen Stadt
Wir haben generell eine Tendenz, Tiere und machen. Dabei macht mir die Distanz zwi- absolvierte sie auch ihr Jura-
sogar nichtlebende Gegenstände zu ver- schen Entscheidungsträgern und den Folgen studium. Ihren Doktortitel
menschlichen. Soziale Roboter spielen mit ihrer Handlungen am meisten Sorgen. machte Kate Darling an der
ETH Zürich. Seit 2011
dieser Tendenz und zielen durch Bewegung, arbeitet und forscht sie am
Design und Programmierung darauf ab, diese Was für Mensch-Roboter-Beziehungen Massachusetts Institute
manchmal unterbewusste Projektion zu ver- könnte es in naher Zukunft geben? of Technology (MIT) im Media
stärken. Ich glaube nicht, dass die Roboter in naher Lab. Die Roboter-Ethik ist
ihr Forschungsgebiet – dabei
Zukunft zwischenmenschliche Beziehungen interessiert sie sich beson-
Wie entsteht so eine emotionale Bindung ersetzen werden. Ich kann mir aber gut vor- ders für die Entwicklung von
zu einem Roboter – einer Maschine, die stellen, dass wir mit der Zeit gewisse Roboter emotionalen Bindungen
Sein Name ist Yochai
aus nichts anderem besteht als Metallen, ähnlich wie Haustiere wahrnehmen und sie des Menschen zu Robotern.
Und wie diese «sozialen
Plastik und Elektronik und gefüttert ist entsprechend behandeln werden. Gefühle» zu Maschinen die
mit schlauen Algorithmen? Menschheit in Zukunft
Menschen sind ja bereits fähig, emotionale Be- Zum Schluss noch: Hast du selbst beeinflussen werden. Wenn
ziehungen zu Gegenständen aufzubauen, wie Roboter bei dir zu Hause? sie für wissenschaftliche
Kate Darling – Amerikanerin, aufgewachsen in Basel, Juristin und Roboter-Ethikerin zum Beispiel zu Autos oder Stofftieren. Robo- Ja, einige! Meine Lieblingsroboter sind meine
Kongresse nicht gerade um
die ganze Welt reist, lehrt
an der amerikanischen Technikschmiede MIT. Sie erforscht am Media Lab ter fallen einfach in eine weitere, intensivere zwei Pleo-Dinosaurier, der eine heisst Yochai sie an den Elite-Universitäten
Fotos: Flavia Schaub
Kategorie dieser Gegenstände. Wir reagieren und der andere Peter. Dann gibt es noch Yale, Harvard und Cam-
des Instituts, warum Menschen emotionale Bindungen zu Robotern aufbauen und stark auf die physische Bewegung der Roboter. einen selbstgebauten Solar-Roboter, der in bridge über Roboterrechte
wie wir mit unseren neuen Freunden in Zukunft umgehen. Wenn sie mit für Lebewesen typischen Eigen- einem Aquarium herumläuft. Sein Name ist
und Geistiges Eigentum im
Internet.
schaften oder Körperteilen ausgestattet sind, Herbert.
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015
18 maxon inside __ Gesamtlösungen Gesamtlösungen __ maxon inside 19
40
Spiel mit Meter hoch schiessen die Wasserfontänen in
den Himmel, zeichnen wunderschöne Bilder,
kreuzen sich oder schwenken harmonisch
Waterjets an den deutschen Kunden LKE La-
sershowtechnik GmbH. In Sexau kommt alles
zusammen: Konstruktion, Bearbeitung und
dem Wasser
parallel von Seite zu Seite. Solche Wasserspie- Montage. «Wir haben die nötigen Kompeten-
le mit dutzenden von Fontänen sind auf der zen im Haus, um eine solche Gesamtlösung
ganzen Welt zu sehen: in den USA, in Abu anzubieten», sagt der zuständige Konstruk-
Dhabi, in China. Stationär oder transportabel. teur Matthias Mamier. Davon profitiert der
Alle verbindet sie eine hohe Präzision und die Kunde. Schliesslich gibt es für ihn nur einen
maxon motor ist für seine präzisen und hochwertigen Liebe zum Detail. einzigen Ansprechpartner, der seine Wünsche
Antriebskomponenten bekannt. Doch oft verlangen Kunden mehr. Auch maxon ist kurz davor, in diese und Vorschläge schnell umsetzt.
Wasserwelt einzutauchen. Am Produktions
Ein Blick nach Deutschland, wo maxon Ingenieure standort Sexau in Deutschland entwickeln die Motoren sind komplett in Öl gelagert
an komplexen Gesamtlösungen für gigantische Wasserspiele arbeiten. Ingenieure eine elektrisch angesteuerte Düse Die kurzen Kommunikationswege sind von
– leichter und präziser als bisherige Modelle. Vorteil, wenn es um eine Anwendung mit
Für maxon ist dieser Auftrag ungewöhnlich. hohen Anforderungen geht. Das gilt auch für
Schliesslich ist der Antriebsspezialist weltweit den Waterjet. Ein Beispiel: Alle Teile müssen
für präzise Motoren, Getriebe, Encoder und aus Edelstahl sein, damit sie unter Wasser
Steuerungen bekannt. In diesem Fall aber lie- nicht rosten. Auch salziges Meerwasser darf
fert maxon ganze Montageeinheiten dieser der Einheit nichts anhaben.
Fotos: iStock / ollo
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 201520 maxon inside __ Gesamtlösungen Gesamtlösungen __ maxon inside 21
Der Einsatz für
Wasserjets stellt
hohe Anforderungen
an das Material,
dessen Verarbeitung
sowie die Lagerung
und Kühlung der
Motoren-Getriebe-
DC-Motoren EC 45 flat
Einheit.
Bei den Motoren im
Waterjet handelt es sich
um bürstenlose DC-
Motoren EC 45 flach, die
70 Watt Leistung lie-
fern. Sie sind energieeffi
zient und besitzen ein
hohes Drehmoment. Der
Flachmotor wird jeweils
mit einem Planetengetrie-
be GP 42 kombiniert.
Dieses ist dreistufig und
wurde leicht modifiziert.
Die maxon Mechaniker bearbeiten das hoch- Fall, wenn die Düsen auf dem Boden eines
wertige Metall im Erdgeschoss auf CNC-Fräs- Sees stehen. Die Abdichtung der ölgelagerten
maschinen, mikromillimetergenau. Daraus Antriebe wurde zudem verbessert. Und die
entsteht am Ende der Kreuzverteilerblock, so- ganze Einheit ist montagefreundlicher. Gera-
zusagen das Herzstück der Wasserdüse. Diese de der letzte Punkt freut Markus Diringer, der
Arbeit ist kein Kinderspiel, wie Mitarbeiter alle bisherigen Prototypen zusammengebaut
Lothar Scheerer sagt. «Der hohe Chromanteil hat. «Die Waterjets wiegen 19 Kilogramm, da
im Metall erfordert eine gewisse Erfahrung in ist jede Erleichterung bei der Montage will-
der Bearbeitung.» kommen», sagt er und lacht.
Auch der ganze Bewegungsapparat des Dabei ist gerade das geringe Gewicht einer
Im maxon Werk in
Sexau werden ganze Waterjets hat es in sich. Dieser besteht aus der grossen Vorteile der elektrisch angesteu-
Montageeinheiten zwei Achsen, die jeweils von einer Motoren- erten Wasserdüsen. Schliesslich wiegen hyd-
für Wasserjets gefertigt. Getriebe-Einheit bewegt werden – komplett raulische Typen rund 80 bis 90 Kilogramm
in Öl gelagert. So ist es möglich, die Antrie- pro Stück. Sie benötigen zudem grosse und
be zu überlasten, da die Flüssigkeit kühlend lärmige Ölaggregate. Elektro-Wasserdüsen
wirkt. Das Öl darf aber nicht auslaufen. Es ist machen solche Aggregate überflüssig. Und sie
zwar biologisch abbaubar, würde das Wasser sind viel agiler.
aber verfärben. LKE will mit diesen Vorteilen auf dem
Der Antrieb selber besteht aus einem bürs- Markt der Wasserspiele punkten – und hat
tenlosen DC-Motor und einem dreistufigen mit maxon genau den richtigen Partner ge-
1,7 Millionen Getriebe jährlich Planetengetriebe GP 42. Das Getriebe hat nur funden. Ein Partner, der eben mehr ist als
In Sexau (Deutschland) gibt es seit 1989 eine
einen kurzen Weg hinter sich. Schliesslich baut bloss Antriebsspezialist.
maxon Produktion. Ein grosser Teil des Werks
maxon in Sexau Getriebe aller Art, von Stan-
ist 2014 komplett neu gebaut worden. Rund
400 Mitarbeiter sind in Sexau beschäftigt – haupt dard- bis Spezialanfertigungen (siehe Box).
sächlich mit der Konstruktion und Produktion
von Getrieben und Antriebs-Sonderlösungen. Elektrische Ansteuerung bietet
Zudem befindet sich dort das Keramikzentrum, viele Vorteile
wo verschiedenste Bauteile wie Zahnräder, maxon Sexau arbeitet inzwischen seit zwei
Spindeln oder Kopfhörergehäuse hergestellt Jahren an der Entwicklung des Waterjets, der
werden.
bald auf den Markt kommen soll. Mit der drit-
Fotos: maxon motor ag
Laden Sie die Tablet-Ausgabe
In Sexau produziert maxon jährlich 1,7 Mil- 2 // 2015 herunter und sehen
lionen Präzisionsgetriebe mit Durchmessern von ten Generation des Produkts haben die Inge-
Sie, wie die Wasserjets vor der
4 bis 52 Millimetern. Neben dem Hauptsitz in nieure die letzten Kinderkrankheiten ausge- Sheikh-Zayed-Moschee zum
Sachseln (Schweiz) gibt es zwei weitere Produk- merzt: Eine neue Steuerung ist in der Lage, Einsatz kommen sollen.
tionsstandorte in Ungarn und Südkorea. Unebenheiten auszugleichen. Etwa für den magazin.maxonmotor.ch
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 201522 Special __ Bikedrive Bikedrive __ Special 23
Von 0 auf 30 km/h in
3 Sekunden
Zügig fährt der Mountainbiker den steilen Trail in den Schweizer Alpen
hinauf. Höher und höher. Ganz relaxed. Denn im Hinterrad steckt ein
leistungsstarker Elektroantrieb von maxon, der den Biker kräftig unterstützt.
der ehemalige Schweizer Downhill-Welt-
meister Albert Iten. Er hat mit seinem Wissen
die maxon Ingenieure bei der Entwicklung
des Bikedrives unterstützt.
O b für extreme Trails, eine Biketour mit An-
hänger und Nachwuchs um den See oder nur
Wie alles begann
Die Idee des Elektroantriebs für Velos wur-
schnell um die Ecke. E-Bikes sind aus Alltag de 2009 geboren, als sich Albert Iten und
und Freizeit nicht mehr wegzudenken. Die sein guter Freund Roli Abächerli auf der
Nachfrage boomt. Das Angebot an Elektro- Suche nach einem kraftvollen Bikemotor an
velos ist riesig. Doch ein wirklich kompakter maxon wandten. Der Zufall wollte es, dass ein
und gleichzeitig kräftiger E-Bike-Motor fehlt. ehemaliger Rennkollege beim Antriebsspe-
Bis jetzt. zialisten arbeitete. Und so kamen Radprofis
und Ingenieure zusammen. Die Tüftler von Der ehemalige Downhill-Weltmeister
«Jetzt macht das Hochfahren Spass» maxon fanden schon bald eine Lösung: Ein Albert Iten unterstützte die maxon
Ingenieure bei der Entwicklung von
Im Mai 2015 hat maxon motor den neuen Windgenerator aus einem anderen Projekt
Bikedrive.
Elektroantrieb für Bikes offiziell vorgestellt. bot vielversprechende technische Eigenschaf-
Der maxon Bikedrive ist ein Nabenmotor, der ten, um daraus einen Antrieb für E-Bikes zu
in der Hinterradnabe eines Fahrrads einge- bauen. Dank der eisenlosen Wicklung er-
baut wird. Er kann zusammen mit Akku und reicht der Motor einen Wirkungsgrad von fast
Fotos: maxon motor ag / Philipp Schmidli, zentralplus.ch
Powergrip (Gasgriff) ein normales Fahrrad 90 Prozent. Das ist nicht nur gut für den Bat-
zum rasanten E-Bike machen. Weisse LEDs terieverbrauch, sondern auch für die Energie-
zeigen den Batteriestand, eine schlichte Kon- rückgewinnung.
trollleuchte die Motortemperatur an. Der Erste Vorentwicklungsarbeiten für den
Nabenmotor dreht in nur 3 Sekunden von 0 Bikeantrieb starteten 2010. «Die grösste Her-
auf 30 km/h hoch. Eine Beschleunigung und ausforderung war es, einen sehr leistungsfähi-
Leistungsstärke, die einfach nur begeistert. gen Motor herzustellen, der gleichzeitig klein
Sehen Sie die Bildergalerie zum «Auf den Trails bergab erreiche ich noch im- und hochintegrierbar ist. Also einen kompak-
Bikedrive in der Tablet-Ausgabe
2 // 2015. Und informieren Sie
mer die Geschwindigkeiten wie zu meinen ten Motor mit integrierter Elektronik, Sen-
sich jederzeit im Bikedrive-Blog: besten Zeiten als Rennfahrer. Jetzt macht mir sorik, Getriebe, Verkabelung – Komponen-
maxonbikedrive.com auch das Berghochfahren Spass», schwärmt ten, die perfekt aufeinander angepasst sein
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 201524 Special __ Bikedrive Bikedrive __ Special 25
mussten», erklärt Benedict Keller, Produk
tionsleiter Bikedrive.
2012 übernahm maxon CEO Eugen Elmi- Bikedrive – technische Details
ger die Leitung des Projekts. «Als ich die Kom-
paktheit und technische Raffinesse des ersten Motor
Motor Powergrip Gewicht: 3,5 Kilogramm (Motor)
Prototyps sah, wusste ich gleich: Diesen Mo-
Dauerdrehmoment: 25 bis 30 Nm
tor müssen wir auf den Markt bringen», erin-
Max. Drehmoment: 50 Nm
nert sich Elmiger. Denn der begeisterte Biker Wirkungsgrad: 85 Prozent
kannte die Mankos bestehender Antriebe nur
zu gut. Zu wenig Effizienz, Leistung und Ver- Akku
lässlichkeit. Da konnte man ansetzen. 48-Volt-Lithium-Ionen-Akku mit 360 Wattstunden
Gewicht: 2,8 Kilogramm
Von der Vorentwicklung zur Nullserie Volle Leistung nach zwei Stunden Aufladung
(70 % nach 60 Minuten)
Ziel war es, ein komplettes System zu verkau-
Reichweite: 1000 bis 1400 Höhenmeter (je nach
fen, also Motor, Akku und nicht zu vergessen Gewicht des Fahrers)
den Gasgriff, der quasi die Schaltzentrale des
dynamischen Systems bildet. Von den ersten Powergrip
Prototypen wurden insgesamt 15 Stück pro- 3 Stufen + Turbo Boost
duziert. In einer zweiten Serie – dieses Mal Temperaturüberwachung mit Status-LED
komplett abgedichtet – 30 Motoren, die auf
Herz und Nieren geprüft wurden. Bei den
Schweizer Bergen unmittelbar hinter dem
Firmengelände kein Problem. Schanzen,
Schlamm und Regen waren willkommen, um
zu sehen, wo Schwachstellen liegen. Beson-
ders die Wasserdichte aller Komponenten war
eine Herausforderung. Rückblickend dauerte
es nur zwei Jahre vom ersten Prototyp bis zur
Nullserie.
Die Zukunft heisst «MARS»
Das Bikedrive-Händlernetz in der Schweiz
wird kontinuierlich ausgebaut (siehe ma-
xonbikedrive.com). Die Gründung einer ei-
genen Geschäftseinheit für mechatronische
Antriebssysteme am Hauptsitz in Obwalden
ist die logische Konsequenz. «MARS» (Ma-
xon Advanced Robotics & Systems) wird
alles rund um mechatronische Antriebssys-
teme entwickeln und produzieren, erklärt
Heinz Schällibaum, Verkaufsleiter MARS. Er
und seine Kollegen fokussieren sich neben
der kontinuierlichen Weiterentwicklung des
Bikeantriebs auch auf Spezialsysteme in der Akku
Robotik.
Kommendes Jahr soll der maxon Bikedrive
auch Deutschland und Österreich erobern.
Und nach und nach werden weitere Länder
folgen.
Aktuelle Infos unter:
maxonbikedrive.com
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 201526 Exploration __ ARRI AMIRA ARRI AMIRA __ Exploration 27
Wilden Tieren
auf der Spur
Die AMIRA-Sensor-Baugruppe mit ND-Filterschieber.
Einer der beiden RE 8-Motoren ist rechts unten zu erkennen.
35 Grad Celsius im Schatten, die Sonne brennt.
Am stahlblauen Himmel findet sich keine
München (Deutschland), verfügen die kon-
figurierbaren Digitalkameras über eine gleich
einzige Wolke: Das ist die Grassavanne von hohe Bildqualität (Bildrate bis zu 200 frames
Kenia mit ihrer faszinierenden Tierwelt und per second) wie die grosse Kameraschwester
ihren beeindruckenden Landschaften. Do- ARRI ALEXA, mit der schon Hollywood-
kumentarfilmteams aus der ganzen Welt sind Filme wie «Iron Man 3» gedreht wurden.
hier wilden Tieren auf der Spur. Ein gefähr-
licher Job, denn zu nah möchte man Löwen, Filterwechsel mit maxon Motoren
Elefanten & Co. nicht kommen. Mit dem Jeep Der in die ARRI AMIRA installierte motor-
geht es durch die Savanne auf der Suche nach gesteuerte ND-Filter (Neutraler Dichtefil-
den Tieren Ostafrikas. Plötzlich taucht in der ter) wird bei hellen Aussenlichtverhältnis-
Mittagssonne ein Löwe am Horizont auf. Er sen vor den Sensor gebracht. Er sorgt dafür,
liegt beinahe unsichtbar im hohen Gras – un- das Bild «neutral» von seiner Intensität
beeindruckt vom herannahenden Jeep. Der abzuschwächen. Neutral heisst, dass es da-
Kameramann ist startklar. Die Digitalkamera bei zu keinen Farbfehlern kommt, sondern
ARRI AMIRA im Anschlag. Und schon ist ausschliesslich die Helligkeit herabgesetzt
der König der Savanne bildlich eingefangen. wird. Der Einsatz von ND-Filtern ist vor al-
Auch die Temperaturen verlangen einiges lem für die künstlerische Gestaltung bei der
vom Team und vom Equipment. In die Kame- Bildaufnahme wichtig.
ra ist ein spezielles Kühlsystem integriert, das maxon RE 8-Motoren mit MR-Encoder
so ausgelegt ist, dass es bis 50 Grad Celsius und Planetengetriebe GP 8 A kommen bei
ohne Probleme funktioniert, erklärt Gunter dieser Anwendung zum Einsatz. Die bürs-
Föttinger, Technical Lead Embedded Image tenbehafteten DC-Motoren treiben Spindeln
Elefanten, Löwen oder ganze Antilopenherden – mit einer speziell maxon RE 8-Motor
Dieser Antrieb mit
Processing bei ARRI. Jede Kamera wird zu- in der Sensor-Baugruppe an, die die Filter
dem einem Kältetest mit bis zu – 20 Grad Cel- vor dem Bildsensor
für Dokumentationen ausgelegten Digitalkamera lassen einem Durchmesser von
sius unterzogen, was die Videokameras prob- ein- und ausfahren.
sich wilde Tiere schnell einfangen. maxon Motoren sorgen dafür, dass
nur 8 Millimetern Die Digitalkamera
bringt 0,5 Watt Leistung. lemlos aushalten. ARRI hat sich für
es nicht zu Farbfehlern bei der Aufnahme kommt. Er ist mit Edelmetall- maxon Antriebe ent- bietet eine erstaunlich
schieden, da «es der hohe Bildqualität.
bürsten und der eisen-
Perfekt für Dokumentationen
losen maxon Wicklung
bestückt. Tierdokumentationen sind aufwändige Pro- einzige 8-mm-Motor
duktionen, die mit einem möglichst kleinen am Markt ist, der eine vernünftige Lösung
Team erfolgen. Die ARRI AMIRA ist spe- für einen Drehimpulsgeber im selben Durch-
Fotos: ARRI
ziell für Dokumentationen und den Single- messer bietet», sagt Michael Haubmann,
Operator-Einsatz konzipiert. Angefertigt in Hardware Architect ARRI.
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 201528 Expertise __ Achsensteuerung in der Robotik Achsensteuerung in der Robotik __ Expertise 29
Ansteuerung von Achsen W ie finden wir geeignete Antriebskomponenten
für die Robotik? Nun, grundsätzlich folgen wir
Regelungstechnisch hat die verwendete Me-
chanik einen grossen Einfluss. Einerseits
der gleichen Logik wie bei allen Anwendun- tragen mechanische Komponenten zur Mas-
in der Robotik Urs Kafader ist seit 19
gen. In der Robotik haben aber mechatroni-
sche Aspekte einen speziell hohen Stellenwert:
Aktuatoren, Sensorik, Mechanik und Elekt-
senträgheit bei, können eine Lastträgheit
aber auch auf ein «erträgliches» Mass für den
Motor verkleinern. So reduziert ein unter-
Jahren für die technische ronik – alle verbunden mit einer geeigneten setzendes Getriebe die Massenträgheit mit
Ausbildung bei maxon
Programmierung. Regelungstechnisch gilt es dem Quadrat der Untersetzung. Andererseits
Robotik ist Mechatronik in Reinkultur. Nur wer die richtige Balance motor verantwortlich. Er
führt Schulungen zur meist, ein Mehrachssystem zu koordinieren. weisen mechanische Komponenten Spiel und
zwischen Modularisierung und zentraler Koordination der Achsen findet, hat Erfolg. Technik und zum Einsatz Der Grad an Koordination und Synchronisati- elastisches Verhalten auf. Das erschwert eine
von maxon Produkten on ist dabei abhängig von der konkreten Auf- steife und genaue Regelung. Bei hochpräzi-
Hier erfahren Sie, auf welche Punkte Sie dabei achten müssen. durch – für die Mitarbeiten-
gabe und der geforderten Dynamik. Wichtig sen und hochdynamischen Anwendungen
den am maxon Haupt-
sitz in Sachseln, für das ist die Balance zwischen Modularisierung und versucht man deshalb, Direktantriebe zu
internationale Verkaufsnetz, zentraler Koordination der Achsen. verwenden. Das können drehmomentstarke
aber auch für Kunden. Torque-Motoren sein oder echte Linearmoto-
Der promovierte Physiker
Motoren und mechanische Aspekte ren bei translativen Lastbewegungen.
absolvierte zusätzlich
ein MBA in Produktions Arm- oder Beinprothesen sind typische Bei-
wissenschaften. Seine spiele für mechatronische Systeme. Die ein- Modularisierung
berufliche Laufbahn begann gesetzten Motoren können ganz unterschied- Modularisierung für Antriebe heisst: Jeder
er am Institut für Festkör-
lichen Zwecken dienen: der Bewegung eines Motor wird lokal über einen intelligenten
perphysik der ETH Zürich.
Greifers, eines einzelnen Fingers oder der Be- Regler angesteuert. Die Bewegungsbefehle
wegung eines ganzen Arms oder Beins. Der verschickt der zentrale Rechner über einen
Motor am Schultergelenk muss relativ stark Feldbus. Solche dezentralen Strategien er-
und gross sein, während die Motoren in der lauben eine hohe Flexibilität und haben ver-
Hand klein und leicht sein sollten, um Gewicht schiedene Vorteile:
und Massenträgheit zu sparen. Die Auswahl – Das Reglermodul kann präzise auf den je-
des Motors richtet sich nach dem benötigten weiligen Motortyp angepasst werden, was
Drehmoment und der Dynamik der Anwen- Leistung, Gestaltung der Endstufe und Re-
dung. Dabei ist die Dynamik weniger eine gelparameter betrifft.
Frage der Rotationsgeschwindigkeit als des Be- – Die lokale Verkabelung von Motor und Ist-
schleunigungsvermögens, d.h. des Verhältnis- wertgeber spart die aufwändige Abschir-
ses von Drehmoment zu Massenträgheit. mung. Einzig die Busleitung und die Leis-
tung müssen an das jeweilige Modul geführt
werden.
– Modularisierung erlaubt es, kostengünstige
Standardkomponenten einzusetzen. Der
Entwicklungsaufwand fokussiert sich auf
Elektronik die Integration ins Gesamtsystem.
Im einfachsten Fall müssen mehrere Achsen
Aktuatoren Software Sensoren unabhängig voneinander eingestellt werden.
Wie bei einem Greifer, der auf einem x-y-
Tisch montiert ist. Der Greifer kann einen Ge-
Fotos: Otto Bock, maxon motor ag
Mechanik genstand packen und loslassen – unabhängig
von der aktuellen Position. Die Bewegung in
x- und y-Richtung an eine bestimmte Position
kann nacheinander oder miteinander erfolgen.
Mechatronik als programmiertes Zusammen-
Man spricht hier von lose gekoppelten Achsen,
spiel von Mechanik und Elektronik, Aktuatoren die über den Feldbus einzelne Bewegungs
und Sensoren. befehle vom zentralen Mastersystem erhalten.
driven Das Magazin von maxon motor 2 // 2015 driven Das Magazin von maxon motor 2 // 201530 Expertise __ Achsensteuerung in der Robotik Achsensteuerung in der Robotik __ Expertise 31
Master
Vorsteuerung
Motion Controller +
soll Strom-
In den Modulen werden die Bewegungen auto- Strom- PID regelung
Pfad- Positions- (+Endstufe)
nom ausgeführt und geregelt. generator regelung
regelung – –
(+Endstufe) ist
Im maxon Portfolio entspricht die EPOS- – –
Produktfamilie im Positioniermodus solchen Mehrachs-
Master bewegungsplanung Echtzeit-Bus
lose gekoppelten dezentralen Modulen. EPOS- z.B. EtherCAT
Positioniersteuerungen werden über den kos- Bewegungs-
Achse 1
befehle Verteiler Achse 2
tengünstigen und kompakt zu bauenden, aber (Punkt zu Vorsteuerung Regler
mit 1 Mbit/s nicht allzu schnellen CANopen- Punkt) +
Feldbus angesprochen. Achse 2 PID Verteiler
Allerdings stösst diese Art der Regelung an – Regler Achse 3
Grenzen. Zum präzisen Zuschneiden von Le- z.B. CANopen
der oder Folien auf einem x-y-Tisch müssen
die Achsen viel stärker koordiniert und syn- Grundstruktur dezentraler Mehrachskoordination mit den Vorteilen von kurzen Ver- Grundstruktur stark synchronisierter Achsen. Die dezentralen Regler sind als Stromregler
chronisiert sein. bindungsleitungen zwischen Regler und Antrieb, auf unterschiedliche Motoren konfiguriert. Die gesamte Bahnplanung aller Achsen als auch die Positionsregelung
angepasste Endstufen und Vernetzung via Feldbus. Die Bahnplanung (Pfadgenerator) erfolgen im Master in Echtzeit. Die Regler sind mit dem Master über einen Feldbus hoher
und die Positionierung erfolgen dezentral in den verteilten Reglern. Der Master Bandbreite verbunden.
Zentrale Regelung gibt nur die Zielpositionen vor.
Bei komplexeren Aufgabenstellungen erfolgt
die Koordination der Achsen zentral. In Del-
ta-Robotern sind drei Motoren mechanisch
eng gekoppelt, und ihre Ansteuerung muss
aufeinander abgestimmt sein. Weitere Bei-
spiele für sehr präzise und dynamische Syn-
chronisation finden sich in Produktionsan-
lagen, wo Teile «fliegend» bearbeitet werden.
In Systemen mit eng gekoppelten Achsen
wird der Positionsregelkreis nicht mehr lokal Verbindung mit den vielfältigen Feedback- Motorumdrehung kodiert werden muss (sin-
im Modul geschlossen, sondern zentral im möglichkeiten schaffen beste Voraussetzun- gle turn). Multi-turn-Encoder erfordern zu-
Master. Die Module dienen entweder als Ge- gen für den Betrieb in High-Performance- sätzlich einen Mechanismus zur Bestimmung
schwindigkeitsregler oder werden bei höchs- Anwendungen. und Speicherung der Anzahl Umdrehungen
ten Anforderungen an Dynamik im Strom- der Motorwelle; auch im ausgeschalteten Zu-
reglermodus betrieben. Jede Achse sendet Feedback-Sensoren stand, wenn beispielsweise der Roboterarm
Informationen zum Bewegungszustand an Die Standardsensoren bei Kleinstantrieben von Hand verstellt wird.
Prädestiniert für
den Rechner. Die zentrale Bahnplanung und sind digitale oder analoge Inkrementalenco- hochdynamische
Regelung leitet daraus Bewegungsbefehle für der. Sie liefern die Positionsinformation rela- Anwendungen: Fazit
das weitere Vorgehen ab und verschickt die- tiv zu einer Referenzposition, die beim Start der EtherCAT-Slave Robotik ist Mechatronik in Reinkultur. Sie
Motion Controller
se an die einzelnen Achsen. Eng gekoppelte zuerst ermittelt werden muss. Bei komplexen kann nur erfolgreich und wirtschaftlich
MAXPOS.
Systeme benötigen ein Echtzeit-Bussystem Mehrachssystemen ist eine Referenzfahrt sein, wenn ein ausgewogenes Verhältnis von
mit genügender Bandbreite. Die Rechenka- aber oft unerwünscht oder nicht möglich. Integration und Modularisierung gefunden
pazität von Motion Controller und Master- Man denke an einen Roboterarm mit mehre- wird. Integration ergibt das erfolgreiche
system müssen diesen Anforderungen eben- ren Gelenken. In welcher Reihenfolge müssen Gesamtpaket, Modularisierung erlaubt das
falls genügen. die Referenzfahrten der einzelnen Gelenke wirtschaftliche Verwenden von Standard- Delta-Roboter als Beispiel für eng gekoppelte Achsen.
Im maxon Portfolio steht für solche hoch- durchgeführt werden, ohne die Anlage zu komponenten.
Fotos: Asyril, maxon motor ag
dynamischen Anwendungen die MAXPOS beschädigen, wenn die Ausgangsstellung des Dabei ist nicht zu vergessen: Bewegungs-
bereit. Dieser EtherCAT-Slave Motion Con- Arms nicht bekannt ist? güte ergibt sich aus dem erfolgreichen Zu-
troller empfängt Bewegungs- und I/O-Be- Absolutencoder erkennen die absolute sammenspiel aller beteiligten Komponenten:
fehle von einem übergeordneten EtherCAT- Stellung der einzelnen Achsen gleich beim Regler, Leistungselemente, Sensoren, Mecha-
Master, welcher die Prozessablaufsteuerung Start. Sie sind relativ einfach realisierbar, nik und Lasteigenschaften. Es nützt nichts,
übernimmt. Die sehr schnellen Regler in wenn die Winkelposition nur innerhalb einer ein einzelnes Element zu optimieren.
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