Festo_BionicFlyingFox_de

Handschwinge Armschwinge Winkelgetriebe Zahnstangen- getriebe On-Board-Elektronik mit Inertialsensoren Bürstenloser Gleichstrommotor 3D-gefräster Schaumkörper Linearantriebe Scherenkinematik Elastische Flugmembran 02: Einzigartiges Flugverhalten: frei beweglich wie das natürliche Vorbild dank der elastischen Flughaut und ei- ner intelligenten Kinematik. 03: Raffinierte Konstruktion: die im Rumpf verbaute On-Board-Elektronik im Zusammenspiel mit der Mechanik in den Flügeln. BionicFlyingFox Teilautonome Flugmanöver nach natürlichem Vorbild Der Traum vom Fliegen ist einer der ältesten der Menschheit. Seit jeher schauen wir dabei mit Faszination auf die Tierwelt, die auf verschiedenste Art und Weise zeigt, wie es funktioniert. Auch im Bionic Learning Network ist das Fliegen ein immer wiederkehren- des Thema. Im Verbund mit Hochschulen, Instituten und Entwick- lerfirmen entwirft Festo seit Jahren Forschungsträger, deren tech- nische Grundprinzipien aus der Natur abgeleitet sind. Für den BionicFlyingFox haben die Entwickler nun die speziellen Eigenschaften des Flughunds unter die Lupe genommen und sie mit einem ultraleichten Flugobjekt technisch umgesetzt. Bei einer Spannweite von 228 cm und einer Körperlänge von 87 cm wiegt der künstliche Flughund lediglich 580 Gramm. Das natürliche Vorbild: fliegen ohne Federn Der Flughund zählt zur Ordnung der Fledertiere – die einzigen Säu- getiere, die aktiv fliegen können. Ein besonderes Kennzeichen ist ihre feine und elastische Flughaut. Die Membran besteht aus Ober- und Lederhaut und erstreckt sich von den verlängerten Mittelhand- und Fingerknochen bis zu den Fußgelenken. Beim Fliegen steuern die Tiere mit ihren Fingern gezielt die Wöl- bung der Flugmembran und können sich so aerodynamisch und wendig durch die Luft bewegen. Dadurch erzielen sie einen maxi- malen Auftrieb, auch bei langsamen Flugmanövern. Agile Kinematik Um dem natürlichen Flughund so nahe wie möglich zu kommen, ist die Flügelkinematik des BionicFlyingFox ebenfalls in Arm- und Handschwinge gegliedert und mit einer elastischen Haut bespannt, die sich von den Flügeln bis zu den Füßen fortsetzt. Wie beim bio- logischen Vorbild liegen alle Gelenkpunkte auf einer Ebene, sodass der künstliche Flughund seine Flügel einzeln ansteuern und zusammenfalten kann. Damit sich der BionicFlyingFox in einem definierten Luftraum teil- autonom bewegen kann, kommuniziert er mit einem so genannten Motion-Tracking-System. Die Installation erfasst permanent seine Position. Gleichzeitig plant das System die Flugbahnen und liefert die dazu nötigen Steuerbefehle. Start und Landung führt der Mensch aus. Im Flug übernimmt ein Autopilot. Bewegliches Kamerasystem für eine exakte Lokalisierung Wichtiger Bestandteil des Motion-Tracking-Systems sind zwei In- frarotkameras, die auf einer Schwenk-Neige-Einheit (engl. pan-tilt unit) sitzen. Dadurch lassen sie sich so drehen und kippen, dass sie den gesamten Flug des BionicFlyingFox vom Boden aus ver- folgen können. Die Kameras erkennen den Flughund dabei anhand von vier aktiven Infrarotmarkern, die an den Beinen und den Flü- gelspitzen angebracht sind. Maschinelles Erlernen der idealen Flugbahn Die Bilder der Kameras gehen an einen zentralen Leitrechner. Er wertet die Daten aus und koordiniert den Flug wie ein Fluglotse von außen. Dazu liegen auf dem Rechner vorprogrammierte Pfade, die dem BionicFlyingFox bei seinen Manövern die Flugbahn vorge- ben. Die nötigen Flügelbewegungen, um die Sollbahnen optimal umzusetzen, berechnet der künstliche Flughund mithilfe seiner On-Board-Elektronik und komplexer Verhaltensmuster selbst. Die dafür notwendigen Regelalgorithmen erhält der Flughund vom Leitrechner, wo sie maschinell erlernt und permanent verbessert werden. Dadurch kann der BionicFlyingFox sein Verhalten während der Flü- ge optimieren und so die vorgegebenen Bahnen von Runde zu Runde präziser nachfliegen. Die Steuerung erfolgt dabei über die Bewegung der Beine und der damit veränderbaren Flügelfläche. Die elastische Flughaut zieht sich über die komplette Rückseite des bionischen Modells – von den Fingerspitzen bis zu den Füßen. Dadurch ist die Flügelfläche vergleichsweise groß und erlaubt eine geringe Flächenbelastung. Antrieb mit ausgeklügelter Hebelmechanik Die Arm- und Handschwingen lassen sich in jedem Zustand so an- steuern, dass sich die Flügel harmonisch und nahezu rüttelfrei bewegen. Dafür ist die Handschwinge an die Armschwinge gekop- pelt und folgt dieser aufgrund einer Zwangskinematik, wodurch Totpunkte in der Bewegung vermieden werden. Ein neun Gramm leichter, bürstenloser Gleichstrommotor im Rumpf des Flughunds treibt diese Flügelkinematik mittels Getriebeübersetzung an. Der Faltmechanismus der Flügel lässt sich individuell über zwei kleine Linearantriebe stufenlos einstellen. 01: Modernstes Motion-Tracking-Sys- tem: Die Kameras lassen sich schnell in Betrieb nehmen und können dem Flug- objekt dynamisch folgen. 03 02 01 2 Festo AG & Co. KG 3 BionicFlyingFox: Ultraleichtes Flugobjekt mit intelligenter Kinematik