Projekt Zahnputzroboter der Hochschule Hannover

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Vorführung anhand eines Zahnmodells

Die Hochschule Hannover ist 1971 aus verschiedenen Einrichtungen entstanden. Mit ca. 9600 Studierenden ist sie die zweitgrößte Hochschule der niedersächsischen Landeshauptstadt Hannover und umfasst derzeit 59 akkreditierte Studiengänge an fünf Fakultäten.

In Kooperation mit dem Annastift Hannover entwickelt die Hochschule Hannover seit mittlerweile drei Jahren Technologien, die auf die individuellen Bedürfnisse von körperlich und geistig eingeschränkten Personen zugeschnitten sind.

Aufgaben

Meine Tätigkeiten befassen sich mit der Betreuung und Weiterentwicklung eines im Rahmen einer Master-Arbeit entstandenen Zahnputzroboters, der mobilitätseingeschränkten Personen die Möglichkeit geben soll, einen Teil ihrer Selbstständigkeit zurückzuerlangen. Darüber hinaus bin ich mit folgenden weiteren Tätigkeiten beschäftigt:

  • Entwicklung einer benutzerfreundlichen grafischen Oberfläche
  • Aufbau und Weiterentwicklung einer Steuerung für eine 5-Achs-Kinematik
  • Aufbau, Verschaltung und Inbetriebnahme einer 6-Achs-Kinematik
  • Umsetzung von Programmieraufgaben in Visual C#
  • Unterstützung von Studenten bei der Umsetzung ihrer Abschlussarbeit
  • Präsentation und Demonstration der entwickelten Technologien
  • Umfassende Dokumentation des gesamten Projektes

Ziel des Projektes

Ziel des Projektes
Ziel des Projektes

Mithilfe des Zahnputzroboters wird für mobilitätseingeschränkte Personen die Möglichkeit geschaffen, einen Teil Ihrer eigenen Selbstständigkeit zurückzuerlangen. Dies gilt insbesondere für die Übernahme der Feinmotorik beim Zähneputzen.

Der Einsatz einer Seilzugtechnik soll die Kosten deutlich unter kommerziell verfügbaren Systemen halten.

Beschreibung des Roboters

Bei dem in diesem Projekt verwendeten Roboter handelt es sich um den robolink-Gelenkbaukasten der Fa. igus GmbH aus Köln. Die zentral in der Basis angeordneten Motoren, welche über im Arm verlaufende Seilzüge die einzelnen Gelenke steuern, ermöglichen eine sehr schmale und leichte Bauweise des Roboterarms. Der Gelenkbaukasten ist für den Einsatz in der Servicerobotik konzipiert und eignet sich daher für den Einsatz in der Mensch-Maschine-Interaktion.

Die entwickelte Software, welche sich auf jedem handelsüblichen Computer sowie auf Embedded- Systemen installieren lässt, ermöglicht es für jeden Nutzer ein individuelles Benutzerprofil anzulegen. So lassen sich die einmalig für den Nutzer angelernten Armbewegungen des Roboters immer wieder aufrufen.

Die derzeitige Software hat Entwicklungsstatus. Eine Anwendersoftware wird im nächsten Schritt entwickelt.

Ansteuerung des Roboters

Die jeweilige Ansteuerung des sechs Motoren des Roboters erfolgt jeweils über eine Schrittmotorkarte der Firma Nanotec vom Typ SMCI47-S. Der Datenaustausch der Karten untereinander erfolgt über einen RS484 Bus welcher über ein Konverterkabel über USB an den Computer angeschlossen werden kann. An die Schrittmotorkarte angeschlossen werden jeweils die beiden Phasen a und b des Schrittmotors, sowie die Anschlussleitungen für die Winkelsensorik. Über ein 24 V Schaltnetzteil erfolgt die Spannungsversorgung des Roboters. Um Beschädigungen von der den Schrittmotorkarten abzuhalten, sind diese jeweils durch sechs zur Spannungsversorgung parallel geschaltete Ladungskondensatoren geschützt. Im Falle eines abbremsens des Roboterarms nehmen sie die überschüssige Energie auf.

Steuerkasten des 6-Achs Roboters
Steuerkasten des 6-Achs Roboters

Zuordnung der einzelnen Komponenten im Steuerkasten:

  1. Schaltnetzteil (NTS-24V-10A)
  2. Ankommende Schrittmotorleitungen vom Roboter
  3. Ankommende Winkelsensorleitungen vom Roboter
  4. Schrittmotorkarten 6 – 1 von Links nach rechts
  5. Ladekondensatoren
  6. NOT-AUS Schalter (Nicht auf dem Bild)

Die Schrittmotorkarten der Firma Nanotec besitzen einen integrierten Controller, der es ermöglicht, verschiedene Parametrierungen wie auch Beschleunigungsprofile einzuprogrammieren und auch Java-Programme zusätzlich zur Ansteuerung über den PC laufen zu lassen. Zudem können Begrenzungen einiger Parameter, wie beispielsweise Einstellungen des Ruhestroms, Phasenstroms usw. vorgenommen
werden. Bei den Schrittmotorkarten ist darauf zu achten, je nach Motorgröße einen entsprechenden Ladekondensator (Stützkondensator) anzuschließen. Dieser soll verhindern, dass im Moment des Bremsvorgangs eines Motors die Steuerung durch Überschreiten der zulässigen Spannung zerstört wird. Die Versorgungsspannung von 24 V bis 48 V Gleichspannung wird an die Stützkondensatoren angeschlossen. Der Nennstrom liegt pro Motor bei ca. 1,8 A. Bei Verwendung des Sysstems liegt der Strom ungefähr bei 5 A.

Videobeitrag auf YouTube

 Weblinks

[1] hs-hannover.de Hochschule Hannover

[2] igus.de Firma igus aus Köln. Entwickler des Robolink Seilzugroboters.

Pressemeldungen

[1] Pressemitteilung der Hochschule Hannover

[2] Pressemitteilung Hannoversche Allgemeine Zeitung

[3] Hauptartikel in der HAZ

[4] Videobeitrag auf YouTube

One Reply to “Projekt Zahnputzroboter der Hochschule Hannover”

  1. Guter Ansatz, besonders unter dem Gesichtspunkt des Zuwachs an zu pflegenden Menschen! Klasse Artikel, auch für Layen verständlich.

    Wünschenswert wäre gewesen wie auf das Problem eingegangen wird, dass erfahrene Pfleger bzw. Krankenschwestern es als „technisch“ schwierige Aufgabe bezeichnen und wie dem Unbehagen der zu Pflegenden entgegen gewirkt wird.

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