16.11.23

Navigationsmechanismen in der Robotik: Von Grundlagen bis zu fortgeschrittenen Anwendungen

Roboter sind komplexe Maschinen, die durch die Kombination von Mechanik, Elektronik und Software gesteuert werden. Ihr grundlegendes Funktionsprinzip basiert auf der Eingabe von Daten, der Verarbeitung dieser Daten und der Ausführung von Aktionen. Roboter können für eine Vielzahl von Aufgaben programmiert werden, von einfachen mechanischen Tätigkeiten bis hin zu komplexen, autonom navigierenden Systemen.

Orientierung im Raum

Ein zentraler Aspekt der Robotik ist die Fähigkeit von Robotern, sich in ihrem Raum zu orientieren und zu navigieren. Verschiedene Technologien ermöglichen diese räumliche Wahrnehmung und Bewegung:

1. LiDAR
   • Funktionsweise: LiDAR verwendet Laserstrahlen, um die Umgebung abzutasten und eine 3D-Karte zu erstellen.
   • Vorteile: Sehr präzise in der Abstandsmessung; gut geeignet für die Erkennung von Hindernissen und die Kartierung von Umgebungen.
   • Nachteile: Kann durch Wetterbedingungen wie Nebel, Regen oder starkes Sonnenlicht beeinträchtigt werden; relativ hohe Kosten.
2. Radar
   • Funktionsweise: Nutzt Radiowellen zur Erfassung von Objekten und deren Entfernungen.
   • Vorteile: Wirksam unter verschiedenen Wetterbedingungen; durchdringt auch einige Materialien.
   • Nachteile: Weniger genau als Lidar bei der Bestimmung von kleinen oder entfernten Objekten.
3. Ultraschall
   • Funktionsweise: Sendet Schallwellen aus und misst die Zeit, die sie brauchen, um von Objekten reflektiert zu werden.
   • Vorteile: Einfach und kostengünstig; gut für die Näherungserkennung.
   • Nachteile: Begrenzte Reichweite und Genauigkeit; Anfälligkeit für Störechos.
4. Kameras verschiedenster Art
   • Funktionsweise: Optische Sensoren erfassen Bilder der Umgebung, die dann analysiert werden.
   • Vorteile: Bietet detaillierte visuelle Informationen; essentiell für Aufgaben, die Bilderkennung erfordern.
   • Nachteile: Erfordert komplexe Bildverarbeitung; kann durch Lichtverhältnisse beeinflusst werden.
5. Leitlinien auf dem Boden
   • Funktionsweise: Roboter folgen visuell oder magnetisch erkennbaren Pfaden.
   • Vorteile: Einfache und zuverlässige Methode für festgelegte Routen.
   • Nachteile: Flexibilität ist begrenzt; Umgebung muss entsprechend ausgestattet sein.

Kombination von Systemen

In der Praxis werden oft Kombinationen dieser Systeme verwendet, um die Stärken der einzelnen Technologien zu nutzen und ihre Schwächen auszugleichen. So kann beispielsweise ein Roboter Lidar für die allgemeine Navigation und Ultraschall für die Nahbereichserkennung nutzen. Kameras können sowohl für die Navigation als auch für spezialisierte Aufgaben wie Objekterkennung eingesetzt werden.

Einsatz in professionellen Reinigungsmaschinen

Moderne professionelle Reinigungsroboter, wie der Kärcher KIRA B 50, der Hako Scrubmaster B75 i und der Taski Ecobot 50, setzen eine Reihe fortschrittlicher Sensortechnologien ein, um effizient und autonom in verschiedenen Umgebungen zu navigieren. Diese Roboter sind ein Beispiel dafür, wie verschiedene Sensortypen kombiniert werden, um die Navigation und Sicherheit zu optimieren.

Kärcher KIRA B 50

• Sensoren: Der KIRA B 50 verwendet leistungsstarke Sensoren für die 360°-Umfelderfassung und Seitenüberwachung​​. Diese ermöglichen eine sichere Kollisionsvermeidung und die Umfahrung von Hindernissen.
• Besonderheiten: Der Roboter ist für die berührungslose Erkennung von Hindernissen, Absturzgefahren und Personen ausgelegt​​, was auf eine Kombination aus optischen und Ultraschallsensoren hinweist. LiDAR-, Ultraschall und 3D-Sensoren finden hier Anwendung.

Hako Scrubmaster B75 i

• Sensoren: Dieses Modell verwendet ein 3D-Kamerasystem und LiDAR-Sensoren für die Navigation und Sicherheit​​​​.
• Navigation: Die Kombination dieser Sensoren ermöglicht eine effiziente Navigation und die Einhaltung von Sicherheitsstandards, was insbesondere in komplexen oder unübersichtlichen Umgebungen wichtig ist.

Taski Ecobot 50

• Sensoren: Der Ecobot 50 kombiniert verschiedene Sensortypen, darunter eine unabhängige 360-Grad-Ansicht, LiDAR, visuelle Sensoren, Ultraschallsensoren und passive Kollisionssensoren​​.
• Sicherheitsfunktionen: Er verfügt über LiDAR, eine 3D-Kamera, Absturzsicherung und Luftdruck-Kollisionssensoren​​, die eine umfassende Hinderniserkennung und -vermeidung gewährleisten.

Es sind viele weitere Roboter erhältlich. Darunter auch sogenannte Co-Bots, welche zusammen mit dem Reinigungspersonal ihre Leistung entfalten. Dazu zählt unter anderem auch der Wetrok Robmatic Marvin. Er kann zudem auch als vollwertige, manuell geführte Scheuersaugmaschine eingesetzt werden.

Diese Beispiele zeigen, dass professionelle Reinigungsroboter eine Vielzahl von Sensortechnologien nutzen, um ihre Aufgaben effizient und sicher zu erfüllen. LiDAR und 3D-Kameras bieten präzise Raumkartierung und Hinderniserkennung, während Ultraschallsensoren und passive Kollisionssensoren zur nahen Hinderniserkennung beitragen. Die Kombination dieser Technologien ermöglicht es den Robotern, komplexe Reinigungsaufgaben in unterschiedlichen Umgebungen autonom zu bewältigen.

Zusammenfassung

Die Wahl des richtigen Orientierungssystems hängt stark von der spezifischen Anwendung und den Umgebungsbedingungen ab. Während einige Systeme wie Lidar eine hohe Präzision bieten, können einfachere Systeme wie Ultraschall in bestimmten Kontexten ausreichend und kosteneffektiver sein. Die Kombination verschiedener Technologien ermöglicht es, Roboter flexibler und effizienter zu gestalten, um die Anforderungen unterschiedlicher Szenarien zu erfüllen.