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Hannover Messe 2013

Neues aus dem Festo-Zoo: Bionicopter imitiert Libellenflug

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Manövrieren per Smartphone

All diese Manöver lassen sich einfach per Smartphone ausführen. Die Fernsteuerung überträgt dabei lediglich die Signale, in welche Richtung sich das Objekt mit welcher Geschwindigkeit bewegen soll. Alle Parameter, die in der Mechanik einstellbar sind, berechnet der Mikrocontroller aufgrund der erfassten Flugdaten und der Vorgaben des Piloten. Mit diesen Parametern steuert der Prozessor die neun Servomotoren an, um die Bewegung mittels Schlagfrequenz, Schwenkeinrichtung und Amplitudensteuerung umzusetzen.Dreizehn Freiheitsgrade für einmalige Flugmanöver Ein Motor im unteren Teil des Gehäuses übernimmt dabei den Antrieb für die gemeinsame Schlagfrequenz der vier Flügel, die zwischen 15 und 20 Hz regelbar ist (1. Freiheitsgrad). Wie bei der echten Libelle lassen sich die Flügel des BionicOpter von horizontal auf vertikal schwenken. Dabei wird jeder der vier Flügel von einem Servomotor individuell angesteuert und bis zu 90 Grad verdreht (2., 3., 4., 5. Freiheitsgrad). Vier Motoren an den Flügelgelenken steuern die Amplituden. Durch eine Linearverschiebung in der Flügelwurzel wird die integrierte Kurbelmechanik stufenlos so eingestellt, dass der Ausschlag zwischen ca. 80 und 130 Grad variiert (6., 7., 8., 9. Freiheitsgrad). Das Schwenken der Flügel bestimmt die Schubrichtung. Mit der Amplitudensteuerung lässt sich die Stärke des Schubs regulieren. Durch die Kombination von beidem kann die Libelle auf der Stelle fliegen, rückwärts manövrieren und vom Schwebeflug stufenlos in den Vorwärtsflug übergehen. Hinzu kommen vier weitere Freiheitsgrade in Kopf und Schwanz. Hierfür sind im Körper der Libelle vier elektrische Muskeln aus Nitinol verbaut. Die so genannten Shape-Memory-Alloys (SMAs) ziehen sich bei Wärme zusammen und dehnen sich beim Abkühlen wieder aus. Durch Stromzufuhr erhält man so eine ultraleichte Aktorik, die den Kopf horizontal und den Schwanz vertikal bewegt (10., 11., 12., 13. Freiheitsgrad).

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Sensorik stabilisiert das Flugobjekt

Um das Flugobjekt zu stabilisieren, werden während des Flugs permanent die Daten von Flügelposition und Flügeldrehung in Echtzeit erfasst und ausgewertet. Mithilfe der Inertialsensorik lassen sich die Beschleunigung und der Neigungswinkel des Bionicopter im Raum messen. Die integrierten Lage- und Beschleunigungssensoren erkennen Geschwindigkeit und Raumrichtung des Libellenflugs.

Mit dem BionicOpter veranschaulicht Festo diese Aspekte der Funktionsintegration und Miniaturisierung. Darüber hinaus demonstriert die ferngesteuerte Libelle die kabellose Echtzeitkommunikation, den permanenten Austausch von Informationen, das Zusammenführen verschiedener Sensorauswertungen sowie das Erkennen komplexer Ereignisse und kritischer Zustände. Ansätze dazu bietet zum Beispiel derzeit bereits das Konzept der Integrated Automation von Festo auf Basis der Automatisierungsplattform CPX. Das elektrische Terminal CPX für Ventilinseln bietet heute schon mehr als nur den Anschluss der Feld- an die Leitebene. Es ist diagnosefähig und kann Aufgaben des Condition Monitoring übernehmen. Es verknüpft mit seinen einzelnen Modulen die Ansteuerung pneumatischer Zylinder über die modularen Ventilinseln MPA und VTSA mit den Motion-Controllern für elektrische Antriebe. Ebenfalls integriert es Safety-Funktionen. Damit kann man auf Diagnosewerte zugreifen, Fehler schnell lokalisieren und betroffene Module austauschen.

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