Fraunhofer IPA

Auf geht’s – ein Rollstuhlroboter erklimmt Treppen selbständig

| Autor / Redakteur: / Kathrin Schäfer

Mit seinen drei Radeinheiten kann der Rollstuhlroboter Me-Bot Treppen, Bordsteine und andere Hindernisse überwinden.
Mit seinen drei Radeinheiten kann der Rollstuhlroboter Me-Bot Treppen, Bordsteine und andere Hindernisse überwinden. (Bild: Michael Lain / HERL)

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Mit dem Me-Bot hat das Human Engineering Research Lab (HERL) aus Pittsburgh den ersten Rollstuhlroboter entwickelt, der selbstständig Treppen und Bordsteine überwinden kann. Die dafür unterstützende Radarmesstechnik hat das Fraunhofer IPA integriert.

Treppen oder Bordsteine stellen für Rollstuhlfahrer derzeit noch ein großes Problem dar. Selbst moderne Anwendungen können solche Hindernisse nicht automatisch überwinden. Stattdessen sind die Patienten auf Hilfe angewiesen, müssen Rampen einsetzen oder viel Schwung holen. „Letzteres ist für die Betroffenen besonders gefährlich, da sie leicht aus dem Rollstuhl fallen, sich verletzen oder von einem Auto erfasst werden können“, kritisiert Rory Cooper, Leiter des HERL.

Sobald der Roboter ein Hindernis erkennt, fährt das erste Radpaar aus

Mit dem Me-Bot will das HERL Abhilfe schaffen. Das weltweit größte Forschungslabor für Rollstühle hat ein Robotersystem entwickelt, das Treppen und Bordsteinkanten automatisch überwindet. Die Basis bildet ein Untersatz aus sechs Rädern, die paarweise angeordnet sind. Die mittlere, größere Radeinheit ist fürs Fahren bestimmt, die vordere und hintere dient als Steuerung. Alle drei Radpaare können sich voneinander losgelöst in horizontale und vertikale Richtung bewegen. Sobald der Roboter ein Hindernis erkennt, fährt das erste Radpaar aus und hebt das Fahrzeug an. Anschließend rückt die mittlere Einheit selbständig nach und hievt den Rollstuhl über die Kante. Zuletzt wird das hintere Radpaar nachgezogen. „Mit diesem Mechanismus kann das System – ähnlich wie eine Raupe – Hindernisse stückweise erklimmen“, informiert Cooper.

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Damit Me-Bot Bordsteine und Treppen sicher überwindet, ist Expertise in der Signalerfassung und -verarbeitung notwendig. Hier waren die Wissenschaftler des Fraunhofer IPA gefragt. Das Team um Bernhard Kleiner, Gruppenleiter Bewegungserfassung und Sensorfunktion, hat ein Radarmodul integriert, das Objekte hochgenau erkennt und das die Treppe oder den Bordstein geometrisch vermisst. Mit diesen Daten weiß die Steuerungseinheit genau, wie der Rollstuhl positioniert werden muss, um das Hindernis anzufahren. Steht das Fahrzeug parallel zum Objekt, setzt der Überwindungsautomatismus ein und die Stufe wird erklommen. „Wir haben uns für Radarmesstechnik entschieden, weil sie – im Gegensatz zu Laser oder Infrarot – resistent gegenüber Umwelteinflüssen ist. Regen, Kälte, Nebel oder Feuchtigkeit sind also kein Problem“, erklärt Kleiner. Mit diesen Eigenschaften sind Radarsysteme für viele industrielle Anwendungen einsetzbar. Die IPA-Wissenschaftler haben zum Beispiel schon eine Menschdetektion für Roboter oder Industrie-4.0-Technologien realisiert.

Beim weltweit ersten Cybathlon-Wettbewerb der ETH Zürich musste Me-Bot nicht nur Treppen steigen. Der anspruchsvolle Parcours brachte sechs Hindernisse mit sich, darunter auch schmale Türen, ein Slalom oder Rampen. Zum Hintergrund: Rund 4.600 Zuschauende kamen am 8. Oktober in die ausverkaufte Swiss-Arena Kloten und feuerten 66 internationale Teams an. Sechs Disziplinen standen auf dem Programm: Jeweils zwölf Piloten waren beim Hindernisparcours mit Beinprothesen (LEG), beim Parcours mit motorisierten Rollstühlen (WHEEL), beim Fahrradrennen mit elektrischer Muskelstimulation (FES) und beim virtuellen Rennen mit Gedankensteuerung (BCI) am Start. Zehn Piloten gingen beim Geschicklichkeitsparcours mit Armprothesen (ARM) und acht Teilnehmende beim Parcours mit robotischen Exoskeletten (EXO) ins Rennen.

Der sechsrädrige Rollstuhl erklimmt Hindernisse Schritt für Schritt

Bis die Innovation von Me-Bot auch in der Praxis eingesetzt werden kann, dauert es allerdings noch einige Jahre. „Unsere Kollegen vom HERL haben einen ersten Prototyp realisiert, den es nun weiter zu testen und schneller zu machen gilt“, so der Wissenschaftler Kleiner.

Der Me-Bot ist nicht die einzige Innovation, die das Fraunhofer IPA und das HERL gemeinsam umgesetzt haben. Die beiden Institute verbindet eine langjährige Forschungskooperation in der militärischen und zivilen Rehabilitation. „Die Experten von HERL konzentrieren sich auf die Rollstuhltechnologien, das IPA ist für Antriebs- und Sensorkonzepte zuständig“, so Kleiner. Gemeinsam haben die Partner auch einen pneumatisch angetriebenen Rollstuhl umgesetzt.

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