Drei Fragen zu...

Mechatronik, die Zukunft für Maschinenbauer?

Die Mechatronik, also die Verbindung aus Mechanik, Elektronik und IT, hat inzwischen viele Spuren in unserem täglichen Leben hinterlassen. Etwa im Automobilbau in Form von ABS- oder EPS-Systemen oder im Roboterbau. BBR sprach mit Prof. Dr.-Ing. Gerd Hirzinger, Direktor des Institutes für Robotik und Mechatronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Oberpfaffenhofen, über Maschinenbau light, Konstruieren in 3D und die Reaktionen aus der Industrie.

29. März 2004

Herr Prof. Hirzinger, auf dem Weg zum Leichtbauroboter haben Sie bahnbrechende Entwicklungen vorangebracht. Wie sah das im einzelnen aus?Getrieben von der Vision des Robonauten für die Raumfahrt wurden im DLR in den letzten 10 Jahren drei Generationen von Leichtbaurobotern entwickelt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern sind sie drehmomentgeregelt und kinematisch redundant, das heißt, sie haben 7 Freiheitsgrade wie der menschliche Arm. Mit dem bei der formschönen dritten Generation jetzt erreichten Gewicht von etwa 13 kg, einer Traglast in ähnlicher Größenordnung bei Armlängen über 1m, und einer typischen Leistungsaufnahme von nur 150 Watt kommen die Grenzen des heute technisch Machbaren immer näher. Neu entwickelte Leichtbau-Harmonic Drives (60% Gewichtsreduktion) und neue Bremstechniken, aber auch die aufwendig optimierten Kohlefaserstrukturen in Schalenbauweise waren wichtige Meilensteine auf dem Weg zum Extrem-Leichtbau. Ein entscheidender Innovationssprung wurde jedoch mit der Entwicklung eines speziell für die Leichtbau-Robotik konzipierten, nicht mehr auf kommerziell verfügbarer Technik basierenden Motors getan. Dieser Multipol-Motor ROBODRIVE zeichnet sich unter anderem durch etwa 50% Reduktion in Gewicht und Verlustleistung aus. Dank des konsequenten mechatronischen Ansatzes - der engen Integration von Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik - ist es gelungen, die komplette Steuer-, Leistungs- und Signalelektronik sowie die Kabelführung in die Arme zu integrieren. Jedes Gelenk ist mit antriebsseitigem Positionssensor sowie abtriebsseitiger Positions- und Momentensensorik ausgestattet. Der Leichtbauroboter läßt sich damit positions-, geschwindigkeits- und momentengeregelt betreiben und präsentiert sich dadurch als schwingungsfreies, hochdynamisches System, das mit definierbarer Nachgiebigkeit ?gefühlvoll? auf Berührungen reagiert - Eigenschaften, die für das Arbeiten im menschlichen Umfeld unerläßlich sind und völlig neue Formen der Programmierung erlauben. Der Datenaustausch zwischen den einzelnen Robotergelenken erfolgt über einen Lichtwellenleiterbus. Die neue ?vertrauenserweckende? Robotik (?soft robotics?) zielt vor allem auf zwei Anwendungsbereiche: Eine neue Form der Industrierobotik (mit ?Lernen durch Vormachen?) zum Beispiel im Montagebereich oder als Produktionsassistent sowie erste Ansätze einer Dienstleistungsrobotik (personal robotics) mit der Vision des Einsatzes im Haus- und Heimbereich, aber auch in der Chirurgierobotik.

Derzeit ist in unserem Land die Innovationsdebatte im vollen Gange - Deutschland braucht mehr Innovation. Wenn man Ihr Institut betrachtet, sind die Fülle der Innovationen kein Thema, wohl aber die Gelder, die für industrielle Umsetzung nötig sind. Ist die Industrie nur interessiert, oder strebt sie handfeste Partnerschaften an, um ihre Produkte im weltweiten Wettbewerb technologisch schnell vorn zu plazieren?

Die Industrie strebt in der Tat handfeste Partnerschaften an; die enge Kooperation mit dem inzwischen in der Weltrangliste ganz vorn liegenden Roboterbauer KUKA ist dafür beispielhaft; aber es gibt immer mehr ähnliche strategische Kooperationen wie jetzt auch mit dem Greifer-Marktführer Fa. Schunk im Bereich der Kraft-Momentensensorik und der mehrfingrigen Hände. Aber auch mit Firmen wie AIRBUS im Bereich der intelligenten Flugzeugregelung oder Autonomilherstellern im Bereich neuer Brems- und Steuer-Technologien (x by wire) wurden Kooperationen immer enger.

Den Deutschen sagt man eine latente Technikfeindlichkeit nach. Der Maschinenbau gilt allgemein als schwer und träge - Old Economy - klingt nach gestern. Dank der Mechatronik ist nun ?Maschinenbau Light? und ganzheitliches dreidimensionales Konstruieren und Simulieren möglich geworden. Wie nehmen denn die technikorientierten Maschinenbauunternehmen in Deutschland Ihre Forschungsergebnisse auf?

Das ganzheitliche Entwickeln unter paralleler Berücksichtigung aller physikalischen und konstruktiven Effekte (concurrent engineering) ist sicher noch nicht in allen Entwickler-Köpfen verankert, setzt sich aber immer mehr durch. Es handelt sich sicher auch um ein Generationenproblem, aber der mechatronische Grundgedanke ist sicher nicht mehr aufzuhalten.

Erschienen in Ausgabe: 03/2004