Baxter Robot Research Prototype

Der Baxter Roboter

Der Baxter Roboter, ein kooperativer Roboter

Der Baxter Roboter stammt aus dem Hause Rethink Robotics, gegründet vom renommierten Rodney Brooks, der zehn Jahre lang dem Labor für künstliche Intelligenz des MIT vorstand und Mitbegründer der Firma IRobot war. Der Baxter Roboter steht symbolisch für die neue Welle kooperativer Roboter (KOBOTs). 

Die kooperative Robotik zielt auf die Entwicklung von Robotern ab, die im Kontakt und in Zusammenarbeit mit dem Menschen funktionieren, im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern, die Aufgaben an einer Produktionskette automatisieren, jedoch während dieses Prozesses nicht mit dem Menschen interagieren. 

Ein kooperativer Roboter arbeitet daher langsamer als herkömmliche Industrieroboter und ist „nachgiebig“, d.h. seine Bewegungen sind elastisch, für den Menschen ungefährlich und ähneln dem natürlichen Bewegungsablauf. 

Statt wie ein klassischer Industrieroboter permanent eine einzige Aufgabe durchzuführen, übernimmt der kooperative Roboter im Laufe eines Tages mehrere kleinere, unterschiedliche Aufgaben an verschiedenen Orten im Unternehmen und interagiert dabei mit den Bedienern an der Fertigungslinie. Dabei handelt es sich um ein völlig neues Konzept in der industriellen Robotik, das sich besonders für kleine Unternehmen eignet, deren geringes Produktionsvolumen sich nicht für eine Vollautomatisierung eignet, die jedoch ihre Produktivität durch die Automatisierung kleinerer Aufgaben mit geringem Mehrwert steigern können.

Die Version für Forschung und Lehre des Baxter Roboters

Der hier angebotene Baxter Roboter ist die Version für Forschung und Lehre. Gegenüber der „Manufacturing“ Version besteht der einzige Unterschied in der integrierten Software. Denn die Research-Version des Baxter Roboters wird mit einem ROS-kompatiblen SDK ausgeliefert, während die Manufacturing-Version mit einer von Rethink Robotics entwickelten Fertigungssoftware bereitgestellt wird.

Der Baxter Roboter kann vorteilhaft als Basis für zahlreiche Projekte in Forschung und Lehre eingesetzt werden, beispielsweise Mensch-Technik-Interaktivität, kooperative Robotik, Planung, Erkennung und Manipulation von Gegenständen, Informatik, Kognitionswissenschaft, usw.

Der Baxter Roboter ist die Lösung erster Wahl bei der Entwicklung der zukunftsorientierten Fabrik. Deshalb eignet er sich optimal für F&E-Abteilungen von Unternehmen, die diesen Bereich der kooperativen Robotik untersuchen wollen.

Stärken des Baxter Roboters

Der kooperative Roboter Baxter ist:

• Sicher: Er benötigt keine Schutzgitter und kann mit dem Menschen in seinem unmittelbaren Umfeld zusammenarbeiten.
• Benutzerfreundlich: Der Baxter wurde mit den Technologien der Servicerobotik entwickelt, und mithilfe des SDK ROS ist seine Programmierung ein Kinderspiel.
• Preisgünstig: Der Baxter Roboter wurde von Anfang an mit dem Ziel entwickelt, preisgünstig und dennoch hochwertig zu sein. Der Baxter Roboter kostet etwa die Hälfte im Vergleich zu einer vergleichbaren, herkömmlichen Lösung. 

Technische Merkmale

Der Baxter Roboter weist folgende technischen Merkmale auf:

• Freiheitsgrade: 7 DOF (für jeden der beiden Arme)
• Max. Reichweite pro Arm: 1210 mm
• Nutzlast: 2,2 kg in jedem Arm
• Gewicht: 75 kg ohne bewegliche Plattform, 139 kg mit Plattform (optional)
• Wiederholbarkeit: ± 0.2 mm
• Geschwindigkeit: max. : 3.6 km/h
• Kamera in jedem Arm
• Stromanschlüsse für den Benutzer: 90-264 V
• Betriebssystem: Intera, ROS-kompatibles SDK
• Schutzklasse: IP50

Wie die obenstehende Abbildung zeigt, besitzt der Baxter zwei Arme mit 7 Freiheitsgraden, die von nachgiebigen Aktuatoren mit Drehmomentsensoren in den Motoren bewegt werden. Außerdem weist er 3 integrierte Kameras, mehrere Entfernungsmesser und ein Tablett für den Kopf auf.

Rethink Robotics bietet zwei mögliche Greifer (End Effectors) für die Arme des Baxter Roboters an:

• Einen elektrischen Greifer variabler Größe
• Einen pneumatischen Greifer (mit Saugfunktion)

Diese beiden Greifer werden als Zusatzprodukte zum Baxter Roboter angeboten und sind nicht in der Standardausstattung enthalten. So steht für Ihren Roboter die Wahl des Greifers frei. Rethink Robotics stellt sämtliche technischen Unterlagen (zu Mechanik und Software) für den Bau eines eigenen Greifers zur Verfügung. Damit können eigene Greifer für den Baxter gebaut bzw. vorhandene Greifer adaptiert werden.

Lieferumfang des Baxter

Der hier angebotene Roboter enthält weder Sockel noch Greifer. Diese Bestandteile müssen bei Bedarf hinzugefügt werden.

Programmierung der Version für Forschung und Lehre mithilfe eines SDK ROS

Die Version für Forschung und Lehre des Baxter Roboters unterscheidet sich von der Manufacturing-Version lediglich durch die Software. Beide Versionen verwenden zwar denselben Softwarekern, die Version für Forschung und Lehre wird jedoch mithilfe eines SDK ROS in ROS programmiert, das auf diesem Softwarekern aufbaut.

Das gut dokumentierte SDK ROS ist im Lieferumfang des Baxter Research enthalten. Ein ROS Master Kern läuft auf dem Baxter und liefert alle Statusinformationen des Roboters, das Motorfeedback (Position, Drehmoment ...), Transformationen, Diagnosedaten, Sensordaten und unterstützt den Empfang von Steuerbefehlen eines dezentralen ROS-Programms, das auf einem an den Baxter angeschlossenen PC läuft. Mithilfe sämtlicher verfügbaren ROS-Librarys ermöglicht dieses ROS-Programm auf PC die Steuerung des Baxter und den Aufbau eines leistungsfähigen Roboterverhaltens.

Für sämtliche Anwender der Version für Forschung und Lehre wird ein privates Forum angeboten, das von Rethink Robotics und seinen Partnern betrieben wird, darunter auch Generation Robots. Als Baxter Anwender können Sie sich hier mit Ihresgleichen weltweit austauschen, insbesondere mit Prestigeschulen wie dem MIT.

Das nachstehende Video zeigt ein Programmierbeispiel des Baxter Roboters mithilfe von ROS.

Einsatzbeispiele des Baxter Research Roboters

MIT

Die Marine Robotics Group des MIT verwendet den Baxter für die Erkennung und Manipulation von Gegenständen. John J. Leonard, Professor für Maschinenbau am MIT, kommentiert die Einführung des Baxter so: „Wir haben den Baxter mit einem Tiefensensor X-Tion ASUS ausgestattet, der dem Kinect ähnelt. So kann sich der Baxter autonom in einem Raum bewegen, Gegenstände scannen, erkennen und Strategien zur Manipulation von Gegenständen entwickeln.“ 

„Der Roboter nimmt uns die langwierige Arbeit des Scannens von Gegenständen ab und bietet uns die Möglichkeit, uns voll auf den Kern unserer Forschung zu konzentrieren.“

WPI

Der Baxter Roboter wird beim Robotics Engineering Program eingesetzt, einem Ausbildungsprogramm der amerikanischen Universität Worcester Polytechnic Institute (1. Studienzyklus). Das WPI verwendet den Baxter mit dem Ziel, einen bestehenden Kurs zur industriellen Robotik zu modernisieren. Dieser Kurs bildet eine Einführung in automatisierte Produktionssysteme. Derselbe Baxter Roboter wird vom WPI auch in der Master-Ausbildung eingesetzt, insbesondere zur Untersuchung neuer Greifersysteme.
Prof. Michael A. Gennert, Leiter des Worcester Polytechnic Institute, kommentiert die Einführung des Baxter an seiner Universität wie folgt: „Der Baxter eignet sich besonders gut für die Forschungstätigkeit aufgrund seines Open-Source SDK, basierend auf ROS. “

„Unsere Studenten im 1. und 2. Studienzyklus lernen ROS in ihren Kursen und verwenden es bereits bei ihren Projekten. Damit sind sie in der Lage, Programme für den Baxter zu schreiben.“

Tufts

William C. Messner, Leiter des Studiengangs Maschinenbau an der Tufts-Universität, erklärt seine Wahl des Baxter so: „Der Hauptgrund, warum wir uns für den Baxter Roboter entschieden haben, ist sein niedriger Preis im Vergleich zu Mitbewerbern. Aber auch die hohe Sicherheit und die Möglichkeit, über das mitgelieferte SDK ROS auf Motoren und Sensoren des Roboters zuzugreifen.“
Tufts University bietet einen originellen Studiengang am Kreuzungspunkt zwischen Robotik und Kognitionswissenschaft. Deshalb hat Tufts für den Baxter in seinem Ausbildungsgang große Ambitionen. Der Kurs Human Factors Engineering Program untersucht die Wechselwirkung zwischen Mensch und Roboter, wenn diese Seite an Seite arbeiten, und interessiert sich im Besonderen für die mögliche Aufgabenzuweisung unter Maximierung der Gesamtleistung.