Roboter

Roboter

Roboter sind stationäre oder mobile Maschinen, die nach einem bestimmten Programm festgelegte Aufgaben erfüllen. Allerdings hat sich die Bedeutung im Laufe der Zeit gewandelt. Der Begriff Roboter (tschechisch: robot) wurde von Josef und Karel Čapek Anfang des 20. Jahrhunderts durch die Science-Fiction-Literatur geprägt. Der Ursprung liegt im slawischen Wort robota, welches mit Arbeit, Fronarbeit oder Zwangsarbeit übersetzt werden kann. 1921 beschrieb Karel Čapek in seinem Theaterstück R.U.R. in Tanks gezüchtete menschenähnliche künstliche Arbeiter. Mit seinem Werk greift Čapek das klassische Motiv des Golems auf. Heute würde man Čapeks Kunstgeschöpfe als Androiden bezeichnen. Vor der Prägung dieses Begriffes wurden Roboter zum Beispiel in den Werken von Stanisław Lem als Automaten oder Halbautomaten bezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

Definitionen

Während der Entwicklung von Handhabungsgeräten, die immer komplizierter wurden, kamen Entwickler auf die Idee, sie Roboter zu nennen. Spätestens ab diesem Zeitpunkt wurde das Wort Roboter, welches ursprünglich nur für humanoide Roboter verwendet wurde, fast beliebig für verschiedene Geräte benutzt. Entsprechend unterschiedlich ist die Definition eines Roboters von Land zu Land. So kommt es, dass 1983 von Japan 47.000 dort installierte Roboter gemeldet wurden, von denen nach VDI-Richtlinie 2860 nicht einmal 3000 als Roboter gegolten hätten.[1]

Definition nach VDI-Richtlinie 2860

„Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei (d. h. ohne mechanischen Eingriff) programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.“

VDI 2860

Definition nach Robot Institute of America (RIA)

„Ein Roboter ist ein programmierbares Mehrzweck-Handhabungsgerät für das Bewegen von Material, Werkstücken, Werkzeugen oder Spezialgeräten. Der frei programmierbare Bewegungsablauf macht ihn für verschiedenste Aufgaben einsetzbar.“

Definition nach JARA

Die Japan Robot Association (JARA) gibt die folgenden Merkmale vor.

  • Manual Manipulator: Handhabungsgerät, das kein Programm hat, sondern direkt vom Bediener geführt wird.
  • Fixed Sequence Robot: Handhabungsgerät, das wiederholt nach einem konstanten Bewegungsmuster arbeitet. Das Ändern des Bewegungsmusters ist relativ aufwendig.
  • Variable Sequence Robot: Handhabungsgerät, wie vorher beschrieben, jedoch mit der Möglichkeit, den Bewegungsablauf schnell und problemlos zu ändern.
  • Playback Robot: Der Bewegungsablauf wird diesem Gerät einmal durch den Bediener vorgeführt und dabei im Programmspeicher gespeichert. Mit der im Speicher enthaltenen Information kann der Bewegungsablauf beliebig wiederholt werden.
  • Numerical Control Robot: Dieses Handhabungsgerät arbeitet ähnlich wie eine NC-gesteuerte Maschine. Die Information über den Bewegungsablauf wird dem Gerät über Taster, Schalter oder Datenträger zahlenmäßig eingegeben.
  • Intelligent Robot: Diese höchste Roboterklasse ist für Geräte gedacht, die über verschiedene Sensoren verfügen und damit in der Lage sind, den Programmablauf selbsttätig den Veränderungen des Werkstücks und der Umwelt anzupassen.

Kulturgeschichte

Isaac Asimov 1965

Roboter in der Literatur

Vom Menschen erschaffene künstliche Wesen haben in der Literatur eine lange Tradition, bekannte Beispiele sind der durch Magie erschaffene Golem oder alchimistisch erzeugte Homunculi. Die Vorstellung von Robotern im Sinne von Maschinenmenschen beziehungsweise autonomen Maschinenwesen, die durch menschliche Wissenschaft und Technik verwirklicht werden, entwickelt sich jedoch erst in der Neuzeit. In der Literatur des 18. Jahrhunderts werden täuschend menschenähnliche „Automate“ beschrieben, die durch eine kunstvolle Mechanik zum (scheinbaren) Leben erweckt werden (siehe auch: Geschichte der Automaten). E. T. A. Hoffmann erzählt in Die Automate (1819) von einem mechanischen Orakel, das an den sogenannten Schachtürken angelehnt ist. In den Groschenheften des ausgehenden 19. Jahrhunderts findet sich beispielsweise die Fiktion eines dampfgetriebenen Maschinenmenschen (The Steam Man of the Prairies von Edward S. Ellis, 1868).[2] Da sich das Wort „Roboter“ für die künstlichen Menschen noch nicht eingebürgert hat, werden solche Figuren noch als „Automat“ oder „mechanischer Mensch“ (engl. mechanical man) bezeichnet.

Zum ersten Mal wurde die von Josef Čapek geprägte Bezeichnung „Roboter“ von Karel Čapek 1921 in dem Drama R.U.R. verwendet. Durch die Erzählungen Isaac Asimovs wurde der Begriff Roboter einem größeren Publikum bekannt. 1942 beschrieb er in Runaround[3] zum ersten Mal die drei Robotergesetze, die auch heute noch häufig in der Science-Fiction-Literatur rezipiert werden. 1950 veröffentlicht er mit Ich, der Robot eine Sammlung von Kurzgeschichten zu diesem Thema. Auch später beschäftigt sich Asimov immer wieder mit dem Thema Roboter.

Roboter in Filmen

Filmplakat zu The Master Mystery (1919)
Roboter Robby

Im 1919 erschienenen Episoden-Film The Master Mystery mit dem Zirkuskünstler Harry Houdini wurde erstmals ein Roboter im Film gezeigt. Der 1921 veröffentlichte italienische Film L'uomo meccanico von André Deed handelte von Ganoven, die einen ferngesteuerten Roboter in ihre Gewalt bringen, um mit seiner Hilfe Verbrechen zu begehen. Zu den bekanntesten Roboterdarstellungen der Stummfilmära gehört der weibliche Maschinenmensch in Fritz Langs Metropolis von 1927. Der erste Roboter, der im Fernsehen auftrat, war I Tobor in der Science-Fiction-Serie Captain Video and His Video Rangers (ab 1949).

Bekannte Robotergestalten der 1950er Jahre sind der riesenhafte Wächter Gort aus dem Film Der Tag, an dem die Erde stillstand (1951) und der Roboter Robby aus Alarm im Weltall (1956). Robby war in der Folgezeit in einer ganzen Reihe von Filmen und Fernsehsendungen zu sehen und diente außerdem als Vorbild für viele Spielzeugroboter.[4] Die Star-Wars-Saga (1977–2005) zeigt mit R2D2 und C3PO Roboter in einer komödiantischen Rolle. In der Serie Star Trek – The Next Generation (1987–1994) ist der Androide Data ein Führungsoffizier, der sich oft mit der Frage seiner eigenen Menschenähnlichkeit auseinandersetzt. In Nummer 5 lebt entwickelt ein Militärroboter eine naive Persönlichkeit. Filme wie Terminator und I, Robot bieten weitere bekannte Beispiele für die Darstellung von Androiden und humanoiden Robotern, die den Menschen feindlich entgegentreten oder helfend zur Seite stehen.

Auch Industrieroboter (nicht-humanoide Roboter) finden den Weg auf die Leinwand. In Filmen wie James Bond (Stirb an einem anderen Tag), Thunderbirds, Tomb Raider – Die Wiege des Lebens und Sakrileg wurden KUKA-Industrieroboter in Szene gesetzt. Der Dokumentarfilm Plug & Pray thematisiert die Auswirkungen des zunehmenden Einsatzes von Robotern auf das Selbstbild des Menschen. Er stellt Roboter wie den japanischen Geminoid von Hiroshi Ishiguro, den italienischen ICub oder das deutsche MuCar-3 vor.[5]

Roboter in der Bildenden Kunst

Das wohl prominenteste Beispiel für die Verwendung des Roboters in der Bildenden Kunst ist die Gruppe der „Family of Robots“ des koreanischen Videokünstlers Nam June Paik. Bereits 1964 entwickelte Paik zusammen mit dem japanischen Ingenieur Shuya Abe den Roboter „K456“, welcher Paik fortan bei Performances vertreten sollte – bis K456 in den „first accident of the 21. century“ verwickelt wurde. In den 1980er Jahren entstand die „Family of Robots“, zunächst mit „Mother“ und „Father“ (1983/86), welche um etliche Figuren („Aunt“, „Uncle“) erweitert wurden. Dabei handelte es sich vor allem auch um Figuren der Geschichte oder literarischen Fiktion, wie zum Beispiel Albert Einstein, Attila oder Edgar Allan Poe, aber auch Freunden von Paik: John Cage, Merce Cunningham oder Joseph Beuys.[6] [7]

SHIFZ ist die abgekürzte Selbstbezeichnung der österreichischen Künstlervereinigung Syntharturalistische Kunstvereinigung. Sie wurde 1996 gegründet und thematisiert hauptsächlich das Verhältnis von Mensch und Maschine.

Robotik

Hauptartikel: Robotik

Durch die häufige Thematisierung von Robotern in Film und Literatur, wurde auch die Wissenschaft aufmerksam auf diese Art der Maschinen. Das wissenschaftliche Gebiet, das sich mit der Konstruktion von Robotern beschäftigt, heißt Robotik. Der Begriff wurde 1942 von Isaac Asimov in seinem Buch „Runaround“ erstmals erwähnt. Ein allgemeines theoretisches wissenschaftliches Gebiet, welches sich mit Robotern beschäftigt, gibt es nicht. Sie sind meist Teilgebiete der Elektrotechnik, Informatik, Mechatronik oder des Maschinenbaus.

Technische Grundlagen

Technisch realisiert werden Roboter hauptsächlich im Zusammenspiel der Disziplinen: Mechanik, Elektrotechnik und Informatik. Inzwischen hat sich aus der Verbindung dieser drei Disziplinen die Mechatronik entwickelt. Um autonome Systeme zu entwickeln, die eine gewisse Eigenständigkeit, beispielsweise bei der Wegfindung aufweisen, werden immer mehr wissenschaftliche Disziplinen in die Robotik eingebunden. Hier liegt ein Schwerpunkt bei der Verbindung von Konzepten der Künstlichen Intelligenz oder der Neuroinformatik (Teilgebiete der Informatik) und ihrer biologischen Vorbilder Biokybernetik (Teilgebiet der Biologie). Aus der Verbindung von Biologie und Technik entstand wiederum die Bionik.

Wichtigste Bestandteile eines Roboters sind die Sensoren, zur Erfassung der Umwelt und der Achspositionen, die Aktoren, zum Agieren innerhalb der erfassten Umgebung, die Robotersteuerung und das mechanische Gestell inklusive der Getriebe des Roboters. Ein Roboter muss nicht unbedingt vollständig autonom handeln können, darum unterscheidet man autonome und ferngesteuerte Roboter.

Siehe auch: Synchrodrive

Roboterkinematiken

Der mechanische Aufbau eines Roboters wird mit Hilfe der Kinematik beschrieben. Dabei sind folgende Kriterien von Bedeutung:

  • Bewegungsform der Achsen
  • Anzahl und Anordnung der Achsen
  • Formen des Arbeitsraumes

Außerdem wird unterschieden in offene Kinematiken und geschlossene Kinematiken. Eine offene Kinematik ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Achsen der kinematischen Kette hintereinander liegen, so wie an einem menschlichen Arm. Es ist also nicht jedes Glied der Kette mit zwei anderen Gliedern verbunden. In einer geschlossenen Kinematik hingegen ist jedes Glied mit mindestens zwei anderen Gliedern verbunden (Beispiel: Hexapodroboter).

Die Begriffe Vorwärtskinematik und Inverse Kinematik (auch Rückwärtskinematik) bezeichnen die mathematische Modellierung der Bewegung von Robotersystemen. In der Vorwärtskinematik werden für jedes Gelenk der kinematischen Kette Einstellparameter vorgegeben (je nach Gelenktyp Winkel oder Strecken) und die daraus resultierende Position und Orientierung des Endeffektors im Raum wird berechnet. Bei der Rückwärtskinematik werden dagegen Position und Orientierung des Endeffektors vorgegeben und die erforderlichen Einstellparameter der Gelenke werden berechnet. (Vorwärtstransformation und Rückwärtstransformation)

Bewegungsform der Achsen

Hier wird zwischen translatorischen und rotatorischen Achsen unterschieden.

Anzahl und Anordnung der Achsen

Zur Beschreibung von Robotern wird sowohl die Anzahl als auch Anordnung der Achsen herangezogen. Hierbei sind die Reihenfolge und die Lage der Achsen zu berücksichtigen. Diese können im Falle einer seriellen (offenen) Kinematik wie mit den so genannten Denavit-Hartenberg Parametern (dh-Parameter) beschrieben werden.

Formen des Arbeitsraumes

Obige Kriterien in Verbindung mit den Abständen der Achsen zueinander oder deren Verfahrwege ergeben die Form und Größe des Arbeitsraumes eines Roboters. Gebräuchliche Arbeitsräume sind: Kubus, Zylinder, Kugel oder Quader.

Mathematik und Roboter

Häufig verwendete Koordinatensysteme bei Industrierobotern

Die wichtigsten Koordinatensysteme (KOS) bei Robotern sind

  • das Basis- oder Welt-KOS, das sich in der Regel im Roboterfuss befindet,
  • das Tool-KOS, das sich im Roboterflansch befindet. Bezüglich dieses KOS ist der Tool Center Point (TCP) einzumessen, der den Arbeitspunkt des montierten Tools beschreibt. Der TCP kann in der Regel aus den CAD-Daten übernommen werden oder wird mit Hilfe des Roboters durch Messfahrten ermittelt,
  • das Werkstück-KOS, das die Lage des Prozesses, Werkstückes beschreibt und es ist festzulegen oder einzumessen. Die Positionen, die der Roboter anfährt, werden in der Regel in diesem KOS beschrieben. Der Vorteil eines Werkstückkoordinatensystems zeigt sich bei Änderungen der Anlage, da damit eine Wiederinbetriebnahme einfach durch Einmessung des Werkstück-KOS deutlich erleichtert wird. Zur Vermessung des Werkstück-KOS stehen meistens Routinen von den Roboterherstellern zur Verfügung. Grundsätzlich wird dabei in der Regel durch drei Punkte eine Ebene (Mathematik) beschrieben.
Mathematische Beschreibung von Robotern

Um Roboter überhaupt erstmal in Bewegung setzen zu können, müssen sie mathematisch beschrieben werden. Dies geschieht durch Transformationen, siehe hierzu auch Koordinatentransformation. Dabei beschreibt die Transformation T die Lage eines Koordinatensystems (KOS) in Relation zu einem Bezugskoordinatensystem. Da sich die Lage des KOS im allgemeinen Fall sowohl durch Verdrehungen als auch durch Translation ergeben kann, sind zur Berechnung ein rotatorischer – die Vektoren A, B, C als Einheitsvektoren – und auch ein translatorischer Anteil P, eine Verschiebung, notwendig.

Mathematisch wird somit der dreidimensionale, rotatorische Anteil ergänzt um eine weitere Dimension, einen Vektor, die kombiniert zu folgender homogenen 4 × 4 – Matrix führen:

T=\begin{pmatrix}Ax & Bx & Cx & Px\\ Ay & By & Cy & Py\\ Az & Bz & Cz & Pz\\ 0 & 0 & 0 & 1\end{pmatrix}

Wird nun jeder Achse ein Koordinatensystem beispielsweise entsprechend der Denavit-Hartenberg-Transformation zugeordnet, ist man in der Lage die Position beliebig vieler, aufeinander folgender Achsen zu berechnen. Praktisch lässt sich bereits die Berechnung von sechs Achsen nur mit einem erheblichen Schreibaufwand realisieren. Um nur eine Pose (Position und Orientierung) zu berechnen kann daher ein Hilfsmittel wie eine Tabellenkalkulation hilfreich sein. Ist die Berechnung mehrerer Posen notwendig, empfiehlt es sich auf entsprechende mathematisch orientierte Softwareprodukte wie Matlab oder auf FreeMat zurückzugreifen.

Vorwärtstransformation

Die Vorwärtstransformation wird verwendet um aus den gegebenen Achswinkeln, also den Verschiebungen der Gelenke eines Roboters die kartesischen Koordinaten und die Orientierung des TCPs zu ermitteln. Sind die Denavit-Hartenberg-Parameter (θ,d,a) bekannt, so kann mit

T=\begin{pmatrix}\cos\theta & -\sin\theta \cos\alpha & \sin\theta \sin\alpha & \arccos\theta\\ \sin\theta & \cos\theta \cos\alpha & -\cos\theta \sin\alpha & \arcsin\theta\\ 0 & \sin\alpha & \cos\alpha & d\\ 0 & 0 & 0 & 1\end{pmatrix}

die Transformation zwischen zwei Achsen bestimmt werden. Verallgemeinert ergibt sich:

{}^{n - 1}T_n
  = \begin{pmatrix}
    \cos\theta_n & -\sin\theta_n \cos\alpha_n & \sin\theta_n \sin\alpha_n & a_n \cos\theta_n \\
    \sin\theta_n & \cos\theta_n \cos\alpha_n & -\cos\theta_n \sin\alpha_n & a_n \sin\theta_n \\
    0 & \sin\alpha_n & \cos\alpha_n & d_n \\
    0 & 0 & 0 & 1
  \end{pmatrix}.

Für Industrieroboter mit den üblichen sechs Achsen ist diese Transformation somit fünfmal durchzuführen. Um einen THC zu berücksichtigen, wird eine weitere Transformation angefügt. Bei der Vorwärtstransformation ergibt sich somit für einen sechsachsigen Roboter mit Tool

T = T1T2T3T4T5Ttcp.

Damit kann nun die Position und Orientierung des TCPs bezogen auf den Roboterfuss berechnet werden. Darüber hinaus ist diese Berechnung auch für Roboter mit mehr als sechs Achsen eindeutig.

Rückwärtstransformation

Die so genannte Rückwärtstransformation wird eingesetzt, um bei vorgegebener Position und Orientierung des TCP zu berechnen, welche Gelenkparameter (Winkel oder Verschiebung) in den einzelnen Gliedern eingestellt werden müssen, um dieses Ziel zu erreichen. Sie ist somit die Umkehrung der Vorwärtstransformation. Grundsätzlich gibt es zwei Lösungsansätze, einen geometrischen und einen analytischen.

Roboterauswahl

Bei der Wahl eines Roboters sind verschiedene Kriterien von Bedeutung: Traglast, deren Schwerpunkt und Eigenträgheit, der Arbeitsbereich in dem der Prozess stattfinden soll, die Prozessgeschwindigkeit oder die Zykluszeit und die Genauigkeit des Roboters. Letztere wird auf der Basis der ISO9283 ermittelt. Dabei wird im Wesentlichen zwischen der Genauigkeit der Position (hier wird auch von Pose gesprochen) und der Bahngenauigkeit unterschieden. Für die Pose als auch für die Bahn wird in der Regel sowohl die so genannte Absolut- als auch die Wiederholgenauigkeit ermittelt. Dabei spiegelt die Absolutgenauigkeit den Unterschied zwischen der tatsächlichen und der theoretischen, der programmierten, Pose oder Bahn wider. Hingegen ergibt sich die Wiederholgenauigkeit aus mehreren Fahrten oder Messungen des Roboters auf theoretisch die gleiche Position oder Bahn. Sie ist somit ein Maß für die Streuung, die bei den meisten praktischen Anwendungen von größerer Bedeutung ist als die Absolutgenauigkeit. Im Übrigen kann die Absolutgenauigkeit eines Roboters durch eine Roboterkalibrierung verbessert werden, hingegen ergibt sich die Wiederholgenauigkeit im Wesentlichen aus dem Getriebespiel und kann somit softwaretechnisch praktisch nicht kompensiert werden.

Roboterarten

Portalroboter mit Linearführungen

Der Begriff „Roboter“ beschreibt ein weitgefächertes Gebiet, weshalb man Roboter in viele Kategorien einordnet. Einige davon sind

  • Autonome mobile Roboter
  • Humanoide Roboter
  • Industrieroboter
  • Personal Robots
  • Portalroboter
  • Serviceroboter
  • Spielzeugroboter
  • Erkundungsroboter
  • Laufroboter
  • BEAM
  • Transportroboter[8]

Humanoide Roboter

Humanoider Roboter ASIMO
Humanoider Roboter Kotaro
Hauptartikel: Humanoide Roboter

Das Bild des humanoiden Roboters in der Literatur wurde, wie bereits erwähnt, maßgeblich durch die Erzählungen Isaac Asimovs in den 1940er Jahren geprägt. Humanoide Roboter waren lange Zeit technisch nicht realisierbar. Für die Entwicklung humanoider Roboter müssen viele wichtige Probleme gelöst werden. Sie sollen autonom in ihrer Umwelt reagieren und möglichst auch interagieren können, wobei ihre Mobilität durch zwei Beine als Fortbewegungsmittel beschränkt ist. Außerdem sollen sie durch zwei künstliche Arme und Hände Arbeiten verrichten können. Seit 2000 (ASIMO von Honda[9]) scheinen die grundlegenden Probleme gelöst. Inzwischen werden regelmäßig neue Entwicklungen in diesem Bereich vorgestellt.

Die Humanoiden können auch der Gattung Laufroboter zugeordnet werden, während man einige Serviceroboter eher als Fahrroboter bezeichnen müsste.

Industrieroboter

1954 meldete George Devol erstmals ein Patent für Industrieroboter an. Heutige Industrieroboter sind in der Regel nicht mobil. Grundsätzlich sind sie vielseitig einsetzbar, jedoch in Verbindung mit dem eingesetzten Werkzeug sind sie speziell auf ein oder wenige Einsatzgebiete festgelegt. Dabei wird das Werkzeug am Flansch des Roboters in der Regel fest montiert und ist im einfachsten Fall ein Greifer, der den Roboter für Handlingsaufgaben prädestiniert. Soll der Roboter vielseitiger eingesetzt werden, so kommen Kupplungen zum Einsatz, die einen Tausch des Werkzeuges auch während des Betriebes ermöglichen.

1961 wurden sie erstmals bei General Motors in Produktionslinien eingesetzt. In Deutschland wurden Industrieroboter, beispielsweise für Schweißarbeiten in der Automobilindustrie, seit etwa 1970 eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete für Industrieroboter sind Handling, Palettieren, Bestücken, Fügen, Montieren, Kleben, Punkt- und Bahnschweißen und auch Messaufgaben.

Durch die Vielseitigkeit von Industrierobotern sind diese bis Heute am weitesten verbreitet. Zu den Industrierobotern zählen auch die so genannten Portalroboter, die beispielsweise bei der Produktion von Wafern, in Vergussanlagen oder in der Messtechnik als Koordinatenmessgerät eingesetzt werden. Heute werden auch viele Handlingaufgaben durch Industrieroboter ausgeführt.

Serviceroboter

Hauptartikel: Serviceroboter

Serviceroboter für Privatpersonen

Assistenzroboter FRIEND

Serviceroboter verrichten selbständig Arbeiten im Haushalt. Bekannte Anwendungen umfassen:

  • Staubsaugerroboter, beispielsweise von Electrolux, Siemens oder iRobot
  • Rasenmähroboter
  • Fensterreinigungsroboter
  • Assistenzroboter bzw. AAL-Roboter (Ambient Assisted Living), beispielsweise der Assistenzroboter FRIEND, der am Institut für Automatisierungstechnik der Universität Bremen entwickelt wurde und behinderte und ältere Personen bei den Aktivitäten des täglichen Lebens unterstützen und ihnen eine Reintegration ins Berufsleben ermöglichen soll, oder Care-O-bot.
  • Mobilisse, Sprachgesteuerter Auskunfts- und Serviceroboter im Verkehrsumfeld die z.B. für mobilitätseingeschränkte Reisende einfache Handgriffe erledigen und schwere Lasten abnehmen (Information, Wegeleitung, Gepäcktransport, Einstiegshilfe).

Professionelle Serviceroboter

Professionelle Serviceroboter erbringen Dienstleistungen für Menschen außerhalb des Haushalts. Eine professionelle Anwendung wurde z.B. im Umweltbereich im Forschungsvorhaben PV-Servitor[10] erforscht. Als professionaller Service wurde die automatische Reinigung und Inspektion großflächiger Photovoltaik Freilandanlagen in Europa untersucht.

  • Serviceroboter zur Reinigung und Inspektion von Solarkraftwerken

Spielzeugroboter

Der Spielzeugroboter Aibo im Turnier
Hauptartikel: Spielzeugroboter

Die meisten roboterähnlichen Spielzeuge sind keine Roboter, da ansonsten sämtliche selbst bewegende Gegenstände als Roboter anzusehen wären. Trotzdem gibt es Roboter die man als Spielroboter bezeichnet, da ihr automatisierter Funktionsumfang keinerlei arbeits- oder forschungstechnischen Nutzen hat. Ein Beispiel hierfür ist der einem Hund ähnelnde Lauf- und Spielroboter Aibo von Sony oder der Robosapien von WowWee. Diese Spieleroboter werden in der Four-Legged League beim jährlichen Roboterfußball eingesetzt. Seine Produktion wurde trotzdem eingestellt.

Erkundungsroboter

Global Hawk auf der ILA 2002

Unter Erkundungsrobotern versteht man Roboter, die an Orten operieren, die für den Menschen (lebens-)gefährlich oder gar unzugänglich sind und ferngesteuert oder (teilweise) autark operieren. Dies gilt für Gebiete, in denen ein militärischer Konflikt ausgetragen wird. Aber auch für Gegenden, die bisher für den Menschen nur sehr schwer oder gar nicht erreichbar sind, wie die Mond- oder Marsoberfläche. Schon allein wegen der riesigen Entfernung der anderen Planeten ist eine Fernsteuerung von der Erde aus unmöglich, weil die Signale hin und zurück Stunden benötigen würden. In diesen Fällen muss dem Roboter eine Vielzahl von möglichen Verhaltensweisen einprogrammiert werden, wovon er die sinnvollste wählen und ausführen muss.

Zur Erkundung enger Pyramidenschächte, in die Menschen nicht eindringen können, wurden schon mit Sensoren bestückte Roboter eingesetzt. Es wird auch darüber nachgedacht, einen sogenannten Cryobot, der sich durch Eis schmilzt, in den Wostoksee herab zu lassen. Dieser ist von der Außenwelt durch eine über drei Kilometer dicke Eisschicht hermetisch abgeriegelt. Forscher vermuten in diesem ein unberührtes Ökosystem, was auf gar keinen Fall durch „oberirdische“ Mikroben kontaminiert werden soll.

Militärroboter

Hauptartikel: Militärroboter

Militärroboter sind Roboter, die zu militärischen Aufklärungs- und Kampfzwecken eingesetzt werden. Diese können sich in der Luft, zu Land oder auf und unter Wasser selbstständig also autark bewegen. Beispiele hierfür sind die luftgestützte Global Hawk oder die landgestützte SWORDS. Diese können sowohl zur reinen Selbstverteidigung als auch zum aktiven Angriff auf Ziele Waffen mit sich tragen.

Rover und Lander

Unter einem Rover versteht man in der Raumfahrt Roboter, die sich mobil auf der Oberfläche anderer Himmelskörper fortbewegen. Beispiele hierfür sind die sowjetischen Lunochod-Mondmobile oder die Zwillingsroboter Spirit und Opportunity. Letztere können sich unabhängig von der Bodenkontrolle ihren Weg suchen. Auch nichtmobile Einheiten, sogenannte Lander, können als Roboter bezeichnet werden. Die Mondrover der Apollomissionen waren keine Roboter, weil sie direkt von Menschen gesteuert wurden.

Personal Robots

Hauptartikel: Personal Robots

Personal Robots (kurz PR, engl. für „persönlicher Roboter“) sind Roboter, die im Gegensatz zu Industrierobotern dazu bestimmt sind, mit Personen und anderen Personal Robots in Netzwerken zu kommunizieren und zu interagieren. Personal Robots können von einer einzelnen Person bedient, genutzt und gesteuert werden.

Eine Unterteilung in öffentlich genutzte Personal Roboter wie Serviceroboter und personengebundene Personal Roboter wie Spielzeugroboter ist, wie bei den Personal Computern, sinnvoll. Durch die abgeschlossene Konstruktion der PR funktionieren diese Maschinen weitgehend unabhängig, autonom, autark und selbständig. Die Personal Robots sind zunehmend lernfähig. Vielfache Schnittstellen ermöglichen eine Kommunikation in Netzwerken. So mit anderen Robotern, Computern usw. Personal Robots reagieren mit Ihren Sensoren auf äußere Einflüsse wie Berührungen, Töne, Laute, optische Veränderungen usw. Personal Robots speichern Daten und Informationen. Erworbene Erfahrungen beeinflussen sie und so realisieren die PRs mit diesen Erkenntnissen ihr weiteres Handeln.

Sonstige Erkundungsroboter

Roboter der israelischen Polizei bei der Untersuchung eines verdächtigen Gegenstandes

Ebenfalls als Roboter bezeichnet man mobile Einheiten, die zum Aufspüren, Entschärfen oder Sprengen von Bomben oder Minen eingesetzt werden, wie der sogenannte TALON-Roboter. Auch gibt es Roboter, die in Trümmern nach verschütteten Menschen suchen können. Mittlerweile gibt es auch den sog. Killer-Roboter.[11] [12]. Autonomous Underwater Vehicle sind autonome Tauchroboter für Aufgaben im Meer.

Sonstige Roboterarten

Insbesondere mobile Robotersysteme werden zunehmend an Schulen und Hochschulen zu Ausbildungszwecken eingesetzt[13]. Diese Roboter zeichnen sich durch gute Handhabbarkeit, einfache Programmierung und Erweiterbarkeit aus. Ein Beispiel für einen sogenannten Ausbildungsroboter ist Robotino.

Zukünftige Entwicklung

2004 waren zwei Millionen Roboter im Einsatz.[14] Die deutsche Roboterbranche steigerte 2007 den Umsatz um 13 Prozent. Auch in den kommenden Jahren wird ein Wachstum von 5 bis 10 Prozent erwartet.[15] Die EU fördert Forschungsarbeiten, die bis 2010 ermöglichen könnten, dass Roboter für einfache Tätigkeiten in Krankenhäusern eingesetzt werden, Krankenbettentransport, Essensausgabe, Reinigungsarbeiten.[16] Bis Ende 2008 soll ein Prototyp als Erntehelfer auf Obstplantagen entwickelt werden.[17] General Motors plant erste unbemannte PKW im Test ab 2015 und in der Serienproduktion ab 2018.[18] [19] Ab 2010 sollen humanoide Roboter vermarktet werden.[20]

Anhang

Quellen

  1. Michael Naval: Roboter-Praxis. Vogel, Würzburg 1989, ISBN 3-8023-0210-9
  2. Robert Malone: Roboter. Vom Blechspielzeug zum Terminator. London 2004, S. 10.
  3. Runaround in der englischsprachigen Wikipedia
  4. Robert Malone: Roboter. Vom Blechspielzeug zum Terminator. London 2004, S. 98.
  5. Plug & Pray, Dokumentarfilm über den Einsatz von humanoiden Robotern und autonomen Servicerobotern .
  6. Decker, Edith (1988): Paik. Video. Köln: DuMont.
  7. Katalog Nam June Paik (1991): video time – video space. Zürich und Basel: Kunsthaus Zürich und Kunsthalle Basel.
  8. heise.de: Chaotisches Roboter-Lager beschleunigt Auslieferung
  9. heise.de: Hondas humanoider Roboter läuft schneller und sicherer
  10. PV-Servitor: Autonomer Reinigungsroboter für Solarkraftwerke in Europa
  11. golem.de: Samsung entwickelt Killer-Roboter für die Objektsicherung
  12. heise.de: Robocop soll die innerkoreanische Grenze schützen
  13. VolksBot-Lab Ausbildungsrobotik-System von Fraunhofer IAIS
  14. golem.de: Bill Gates: Ein Roboter in jedem Haushalt bis 2013
  15. heise.de: Roboterbranche boomt: Deutsche Firmen rechnen mit starkem Wachstum
  16. golem.de: Roboterkrankenschwestern schwirren ab 2010 durch die Gänge: EU fördert Forschungsarbeit
  17. heise.de: USA: Roboter sollen Erntehelfer ersetzen.
  18. Autofahrer ab 2018 überflüssig. In: Spiegel Online, 7. Januar 2008
  19. golem.de: CES: General Motors plant Autos ohne menschliche Fahrer
  20. Toyotas Fiedel-Robbi. In: Spiegel Online – Netzwelt, 7. Dezember 2007 – „bereits ab 2010 will das Unternehmen sogenannte ‚Partner-Roboter‘ vermarkten.“

Literatur

  • Gero von Randow: Roboter. Unsere nächsten Verwandten. Rowohlt, Reinbek, 1997, ISBN 978-3-4980-5744-2.
  • G. Lawitzky, M. Buss (Eds.) et al.: Service Roboter. Schwerpunktthemenheft der Zeitschrift it – Information Technology, Oldenbourg Verlag, München. 49(2007)4
  • Wolfgang Weber: Industrieroboter. Methoden der Steuerung und Regelung. Mit 33 Übungsaufgaben. Fachbuchverlag Leipzig, 2002, ISBN 978-3-4462-1604-4.
  • Bodo-Michael Baumunk: Die Roboter kommen. Mensch, Maschine, Kommunikation. Wachter Verlag, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-89904-268-9 (Begleitband zur gleichnamigen Ausstellung in den Museen für Kommunikation).
  • Anne Foerst: Von Robotern, Mensch und Gott. Künstliche Intelligenz und die existentielle Dimension des Lebens. Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen 2008, ISBN 978-3-525-56965-8 (Aus dem Englischen von Regine Kather).
  • Daniel Ichbiah: Roboter: Geschichte – Technik – Entwicklung. Knesebeck, München 2005, ISBN 3-89660-276-4 (Aus dem Französischen von Monika Cyrol).

Ausstellung

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Roboter – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Roboter – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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Synonyme:

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