DE102010045701B3

DE102010045701B3 - Humanoider Hochdynamikroboter

Info

Publication number: DE102010045701B3
Application number: DE201010045701
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-09-17

Abstract

Bei der Beschleunigung der kettenartig aneinander gereihten Glieder der Extremität eines humanoiden Roboters entstehen Trägheitskräfte, die die maximal mögliche Beschleunigung der Endglieder bei Positionierbewegungen aus Schulter- oder Hüftgelenk heraus beschränken und damit die erreichbaren Positionierzeiten limitieren. Um diese hohen Trägheitskräfte zu vermeiden, können derzeit entwickelte humanoide Roboter, sofern sie überhaupt in den Proportionen und der gegenwärtigen Durchschnitts-Körperlänge eines erwachsenen Menschen ausgeführt sind, ihre Körperteile im Vergleich zu den Fähigkeiten eines Menschen nur relativ langsam bewegen, da sie sonst aus dem Gleichgewicht oder in Schwingung geraten würden oder die Mechanik des Antriebes zerstört würde. Die Aufgabe besteht nun darin, einen humanoiden Roboter bereitzustellen, der a) die Proportionen (1) und mindestens die gegenwärtige Durchschnitts-Körperlänge eines erwachsenen Menschen aufweist, b) seine Glieder, insbesondere seine Arme, so schnell und so natürlich wie ein durchschnittlicher, erwachsener Mensch oder schneller bewegen kann, c) in einer spezialisierten Ausgestaltung in der Lage ist, ein handelsübliches akustisches oder elektronisches Schlagzeug-Set (6), beispielhaft bestehend aus den Elementen Bassdrum (17), Snaredrum (18), Hihat (21), mehreren Tors (19) und Becken (22), rhythmisch computer- oder manuell gesteuert, in Geschwindigkeit und Natürlichkeit einem menschlichen Schlagzeuger vergleichbar mit handelsüblichen Drumsticks (24) zu spielen, wobei der Roboter, von handelsüblichen, evtl. modifizierten Pedalmechanismen (23) unterstützt, bis zu zwei Bassdrums, mit den nur in den Händen gelagerten Drumsticks die übrigen in Hüfthöhe oder höher angebrachten Schlagzeugelemente Snaredrum, Hihat, Tors und Becken anschlägt sowie mit Kopf und Hals dazu rhythmische, zyklisch wechselnde Bewegungsmuster, die aus kombinierten Bewegungen der Hals- und Kopfgelenke bestehen, ausführt und er zusätzlich in der Lage ist, dauerhaft wesentlich schneller die Schlagzeugkomponenten anzuschlagen, als ein Mensch dazu in der Lage wäre.

Description

1.1 Erfindungsgegenstand
Die Erfindung betrifft einen humanoiden Hochdynamikroboter.
Unter einem humanoiden Roboter ist eine sich aus eigenem Antrieb bewegende Maschine zu verstehen, deren Konstruktion der menschlichen Gestalt nachempfunden ist, siehe 1. Diese Maschinen weisen daher zwei Arme, zwei Beine, auch als Extremitäten (1) bezeichnet, einen Torso (30), einen Hals (29) und einen Kopf (28) auf, die miteinander durch Gelenke (3, 4, 5 u. 8) verbunden und derart angeordnet sind, dass die Beine am unteren Ende des Torsos, die Arme jeweils an den Seiten des oberen Ende des Torsos symmetrisch angebracht sind, Kopf und Hals dagegen in der Symmetrieachse des Körpers liegen und übereinander am oberen Ende des Torsos befestigt sind. Die Extremitäten bestehen jeweils aus 3 Gliedern, die ebenfalls durch Gelenke (6 u. 7 sowie 9 u. 10) miteinander verbunden sind, wobei die dem Torso näher liegenden beiden Glieder ungefähr die gleiche Länge haben, die Endglieder (2 u. 3) jedoch wesentlich kürzer sind. Im Gegensatz zu avoiden (vogelähnlichen) Robotern werden bei humanoiden Robotern die Kniegelenke (9) nach vorn eingeknickt. Um als humanoider Roboter zu gelten, muss die Maschine weder menschliche Proportionen (1), noch die absolute Körpergröße eines erwachsenen Menschen aufweisen.
Unter hoher Dynamik einer Bewegung versteht man die Eigenschaft, dass sich innerhalb eines betrachteten Zeitfensters Bewegungszyklen mit Extremwerten der Bewegungsparameter (Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung) finden, die stark, d. h. um ein Vielfaches des durchschnittlichen Pegels eines solchen Zyklusses von annähernd gleicher Dauer abweichen.
Bei einer sinusförmigen Bewegung, die in der Natur häufig anzutreffen ist und auch als Schwingung bezeichnet wird, besteht ein solcher Zyklus aus einem Schwingspiel, seine Dauer entspricht dem Kehrwert seiner Frequenz.
Fordert eine Anwendung beispielsweise, dass eine Masse ein Vielfaches des Weges, der durchschnittlich von ihr zurückgelegt wird, nun in der gleichen Zeit bewältigt werden muss, so muss die Beschleunigung der Masse sprunghaft ansteigen, so dass gegenüber den durchschnittlichen Beschleunigungs-Spitzen ein Abstand um ein Vielfaches entsteht.
Im Rahmen dieser Patentbeschreibung werden aber unter hoher Dynamik auch hohe Absolutwerte der Positioniergeschwindigkeiten und -frequenzen und die dazu notwendigen hohen Beschleunigungen von Körperteilen eines humanoiden Roboters im Vergleich zum Stand der Technik verstanden, d. h. Positioniergeschwindigkeiten der Endglieder z. B. eines Armes mit mehr als 2 m/s und deren Beschleunigungen mit mehr als 15 m/s², bei Bewegung des gesamten Armes aus dem Schultergelenk (5) heraus.
Bei humanoiden Robotern sind daher die technisch möglichen Positioniergeschwindigkeiten und Beschleunigungen der Endglieder, z. B. der Hände, ein Maß für die Dynamik des Systems.
1.2 Probleme beim Stand der Technik
Ziel der unter 1.1 beschriebenen Entwicklungen ist stets die Nachahmung menschlicher Fähigkeiten, speziell menschlicher Bewegung, selten deren Verbesserung. Letzteres liegt an der Tatsache, dass an den Bewegungen des Menschen und an denen von Wirbeltieren allgemein sehr viele Mechanismen beteiligt sind, die auf engstem Raum komplexe Aktionskombinationen ausführen und die sich bislang nur schwer mit konventionellen, in der Hauptsache elektro-mechanischen Antrieben, simulieren, geschweige denn verbessern lassen.
Elektro-mechanische Antriebe wie z. B. Servo- oder Linearmotoren sind sehr präzise zu steuern und zu positionieren, ein großer Nachteil jedoch sind ihre bislang noch schlechten Masse-Drehmoment- bzw. Masse-Kraft-Verhältnisse. Ist genügend Platz und aufgrund günstiger Hebelarme kein nennenswertes Trägheitsproblem vorhanden, kann ein ausreichend starker Motor verbaut werden. Werden jedoch große Beschleunigungen von Massen und damit große Kräfte bei gleichzeitig kurzen Hebelarmen aufgrund beengtem Bauraum verlangt, wie es bei einer humanoiden Roboterextremität der Fall ist, kommen diese Antriebe sehr schnell an ihre Grenzen.
Da die Glieder einer humanoiden Extremität (1) kettenartig aneinandergereiht sind, führt der Wunsch nach höherer Beschleunigung des Endgliedes und die daraus resultierende Notwendigkeit des Einsatzes eines stärkeren Motors automatisch zur Erhöhung der Masse des davor liegenden Gliedes, an dem der Motor angebracht ist. Dies wiederum erfordert einen noch stärkeren Motor zum Antrieb des ersten Gliedes, da er nun die erhöhte Masse der beiden letzten Glieder zu bewegen hat. Die gestiegene Trägheit des Systems und die daraus resultierenden Trägheitskräfte erfordern zudem stärker ausgelegte Lager und Schwingungsdämpfer, die ebenfalls automatisch größer bauen. Dies wiederum erhöht die Masse der zu bewegenden Extremität weiter, so dass noch stärkere Motoren zum Antrieb des ersten Gliedes notwendig werden. Dieses Dilemma begrenzt daher die möglichen Beschleunigungen von humanoiden Roboterextremitäten, speziell beim Einsatz elektro-mechanischer Antriebe.
Der für die Konstruktion zur Verfügung stehende Bauraum ist durch die ihn einhüllende, menschliche Körperoberfläche (in 2 beispielhaft durch die eines sportlichen Mannes dargestellt) vorgegeben. Will man diese nicht wesentlich überschreiten, sind den möglichen Beschleunigungen der Arme und Beine durch Elektromotoren als Antriebskomponenten bisher Grenzen gesetzt.
Zudem kommt, dass die Kraftcharakteristik dieser Antriebe nicht der Charakteristik menschlicher Muskeln entspricht. So haben menschliche Muskeln sehr hohe Losbrechkräfte, die mehrere Tausend Newton betragen können, mit dem Hub jedoch sehr schnell asymptotisch abfallen. Servomotoren liefern jedoch ein Drehmoment, das bei gleicher Masse des Motors bisher bei weitem nicht die Spitzenkräfte von menschlichen Muskeln erreicht.
Dies führt dazu, dass die bisher entwickelten humanoiden Roboter entweder im Vergleich zu erwachsenen Menschen relativ klein sind, um große Kippmomente und grolle Massen zu vermeiden oder sie ihre Extremitäten im Vergleich zu Menschen nur verhältnismäßig langsam bewegen, um große Beschleunigungsbeträge und Schwingungen zu vermeiden.
Ersteres jedoch führt wiederum dazu, dass sie wegen ihrer Größe keinen oder nur äußerst eingeschränkten Ersatz für einen Menschen bieten, da unsere Umwelt und die meisten für Menschen bestimmten Produkte auf die Größe eines erwachsenen Menschen zugeschnitten sind. Letzteres führt dazu, dass die Bewegungen dieser Maschinen zäh und beschränkt, bei nicht ausreichender Systemdämpfung durch langes Nachschwingen zudem unbeholfen wirken und in diesem Fall auch unpräzise sind.
Dies wiederum führt jedoch zu großen Problemen bei der Vermarktung dieser Produkte. Gemäß dem Uncanny-Valley-Phänomen beginnt ein Beobachter eines Roboters mit dessen zunehmender Menschenähnlichkeit, die Defizite in dessen Fähigkeiten (z. B. Bewegung) nach menschlichen Maßstäben zu beurteilen, und die Sympathie für die Maschine nimmt schlagartig ab. Erst mit stark zunehmender Menschenähnlichkeit nimmt die Sympathie für die Maschine (und damit der Kaufwille) wieder zu.
Die Natürlichkeit der Bewegung und der menschenähnlichen Erscheinung im Allgemeinen ist daher ein Schlüsselelement für die Akzeptanz humanoider Roboter.
Will man jedoch die oben beschriebene, durch das schlechte Massen-Leistungs-Verhältnis elektro-mechanischer Antriebe gesetzte Grenze möglicher Beschleunigung und Positioniergeschwindigkeit mit einem humanoiden Roboter durchbrechen, so sind Antriebskonzept und damit Skelett- und Gelenkstruktur, Dämpfung, Energieversorgung, Massenbilanz und Steuerung neu anzusetzen, kurz, der Roboter ist gegenüber dem Stand der Technik von Grund auf neu zu konstruieren. Aus der nachveröffentlichten DE 10 2010 045 531 A1 , der DE 602 18 198 T2 , der US 6831 437 B2 , der JP 2006 218 550 A und der JP 2009 2797 28 A sind verschiedene humanoide Roboter bekannt.
1.3 Wirkung der Erfindung

1) Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen humanoiden Roboter bereitzustellen, welcher trotz menschlicher Proportionen und Größe ein verbessertes Bewegungsbild zeigt, so wie es von einem Menschen erwartet wird.
2) Gelöst wird die Aufgabe durch einen humanoiden Roboter mit den Merkmalen des Anspruch 1.

Mit der Erfindung wird das Problem der Bewegungsdynamik-Beschränkung bei humanoiden Robotern, die mindestens die durchschnittliche Körperlänge eines erwachsenen Menschen haben sollen, gelöst. Insbesondere die Kombination von humanoider Erscheinung, absoluter menschlicher Körperlänge und menschlichen Proportionen mit der Fähigkeit zu hochdynamischer und doch menschlich erscheinender Bewegung löst das Problem der bislang noch mangelhaften Akzeptanz humanoider Roboter als spezialisierter menschlicher Ersatz, wodurch sich ihr Marktwert enorm erhöht.
Mit der Erfindung in der Ausgestaltung als Schlagzeug spielender humanoider Hochdynamik-Roboter (3–6) werden zudem folgende anwendungsspezifische Probleme gelöst:

1. Es wird das Problem gelöst, dass ein menschlicher Schlagzeuger in der Ausführung komplexer oder sehr schneller Rhythmen, die z. B. hohe Anschlagfrequenzen und/oder lang anhaltende Anschlagmuster enthalten, durch die Grenzen menschlicher Ausdauer, Leistungs- und Lernfähigkeit gehemmt ist und somit die Produktivität, die Bandbreite der möglichen akustischen Strukturen und damit das Produktportfolio eines musikproduzierenden Unternehmens, z. B. einer Musikgruppe, stark begrenzt.
2. Selbst in der reduzierten Ausgestaltung der Erfindung als Schlagzeug spielender humanoider Hochdynamik-Roboter, der höchstens die Anschlagfrequenzen und Positioniergeschwindigkeiten, die einem Menschen maximal möglich sind, erreicht, löst dieser noch das Problem des Produktivitätsverlustes durch die Lernkurve des menschlichen Schlagzeugers, seiner Ermüdung, Spielfehler, Taktabweichungen und Geschwindigkeitsschwankungen.
3. Insbesondere die Fähigkeit, mit einem Computer oder einer Playback-Tonspur, welche beide nicht in der Lage sind, sich ungeplanten Taktabweichungen oder Geschwindigkeitsschwankungen während dem Spiel des Menschen anzupassen, dauerhaft synchron zusammenzuspielen, ist eine Fähigkeit, die nur wenige menschliche Schlagzeuger mit langjähriger Erfahrung aufweisen und jungen Musikgruppen daher so gut wie nicht zur Verfügung stehen. Mit der Erfindung in der Ausgestaltung als Schlagzeug spielender humanoider Hochdynamik-Roboter wird daher auch das Problem gelöst, dass der Markt mit Schlagzeugern, die diese Fähigkeit vorweisen können, bislang stark unterversorgt ist und somit die Produktivität und das Produktportfolio von Musikgruppen weiter beschränkt werden.
4. Mit der Erfindung in der Ausgestaltung als Schlagzeug spielender humanoider Hochdynamik-Roboter wird letztlich auch das Problem gelöst, dass der Live-Charakter einer Musikdarbietung beim Einsatz von Computern als direkte Rhythmusgeräte, die wegen der oben beschriebenen begrenzten menschlichen Fähigkeiten oftmals eingesetzt werden, in Optik und Akustik leidet und dadurch die Absatzchancen der so beworbenen Produkte, wie z. B. Tonträger, Fan-Artikel oder weitere Live-Auftritte, sinken.

1.4 Lösung
Kern der Lösung des unter 1.2 beschriebenen Problems ist die Reduzierung der entstehenden Trägheitskräfte, die bei hochdynamischer Bewegung auftreten und der Schwingungen des Systems, die durch diese Kräfte angeregt werden. Diese Kräfte steigen beispielsweise bei sinusförmigen Bewegungen quadratisch mit der Frequenz der Bewegung, und zusätzlich quadratisch mit dem Abstand zum Drehzentrum.
Da die Endglieder sich verhältnismäßig weit vom Positionier-Drehzentrum in der Schulter (5) oder der Hüfte (8) entfernt befinden, produzieren die Positionier-Bewegungen von Händen und Füßen aus den Schulter- bzw. Hüftgelenken schon bei im Verhältnis zu menschlichen Fähigkeiten niedrigen Beschleunigungen große Trägheitskräfte.
Da der für die Konstruktion zur Verfügung stehende Bauraum durch die ihn einhüllende menschliche Körperoberfläche (2) vorgegeben ist, kann diesen Kräften nicht durch beliebige Verlängerung der Hebelarme für die Kraftangriffspunkte begegnet werden.
Will man trotzdem die hohen Positioniergeschwindigkeiten und -frequenzen der Endglieder (2 u. 3), zu denen durchschnittliche Menschen befähigt sind, erreichen, bleiben nur zwei Möglichkeiten, die entstehenden Trägheitskräfte auf ein Minimum zu reduzieren:

1. Minimierung der bewegten Massen
2. Begrenzung der Beschleunigung der bewegten Massen auf den für die gewünschte durchschnittliche Positioniergeschwindigkeit notwendigen Wert

Die erste Maßnahme wird in der Erfindung durch zwei Konstruktionsmerkmale getroffen:

a) Optimierung des Masse-Festigkeits- sowie des Masse-Steifigkeits-Verhältnisses der Skelettstruktur (11) aller bewegten Körperteile Die Skelettstruktur der bewegten Körperteile der Erfindung ist aus Bauteilen gefertigt, die sich durch hohe Steifigkeit bei gleichzeitig minimaler Masse auszeichnen, sich im Gegensatz zu menschlichen Knochen jedoch unter Last nicht spröde, sondern duktil verhalten, was zu einer Verbesserung gegenüber dem menschlichen Vorbild führt. Zum Einsatz kommen daher Bauteile aus hochfesten und schlagzähen Al-Legierungen sowie aus Faser-Verbund-Werkstoffen, die steifigkeitsoptimierende Geometrien aufweisen.
b) Optimierung des Masse-Kraft-Verhältnisses der verwendeten Antriebe aller bewegten Körperteile Als Antriebe werden in der Erfindung hauptsächlich fluidische Muskeln (12) verwendet. Diese kontrahieren sich mit steigendem Innendruck, der Innendruck wiederum ändert sich proportional zu einer elektronischen Regelgröße (z. B. Spannung), auf deren zeitlichen Verlauf hochgenau und wiederholbar Einfluss genommen werden kann. Ähnlich einem menschlichen Muskel weisen diese Antriebe eine Kraftcharakteristik auf, die von einem anfangs sehr hohen Wert („Losbrechkraft”) asymptotisch mit dem Hub in Prozent der unkontrahierten Länge gegen nahezu 0 N abfällt. Der stärkste der in der Erfindung derzeit verwendete Muskeltyp startet mit einer Losbrechkraft von 1600 N und leistet maximal 25% Hub. Mit diesen Antrieben können um ein Vielfaches höhere Kräfte auf zu bewegende Komponenten gebracht werden, als dies mit elektromechanischen Antrieben gleicher Masse möglich wäre. Da bei hohen Positioniergeschwindigkeiten aber gerade am Anfang zur Überwindung der Trägheitskräfte des zu bewegenden Körperteils große Kräfte benötigt werden, sind diese Antriebe für eine solche Anwendung besonders geeignet. Fluidische Muskeln tragen somit nur mit einen Bruchteil der Masse, den ein elektro-mechanischer Antrieb mit gleicher Anfangskraft hat, zur Gesamtmasse des zu bewegenden Körperteils bei. Zudem verleihen sie dem Subsystem, bestehend aus dem Antrieb, der zu bewegenden Masse und dem Bewegungs-Freiheitsgrad, z. B. einer Achse, eine natürliche Dämpfung, die aus dem elastomeren Aufbau ihres Druckkörpers herrührt.

Die zweite Maßnahme wird in der Erfindung durch zwei Konstruktionsmerkmale getroffen:

a) Vermeidung zu hoher Beschleunigungen durch Vermeidung sprunghafter Geschwindigkeitsänderungen durch eine kontinuierliche Weg-Zeit-Steuerung der Antriebe 7 zeigt zwei Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe, bezeichnet mit v₁(t) und v₂(t), die beide bei 0 m/s starten und enden und vom Start bis zum Ende die gleiche Zeit t benötigen. Bewegungen mit v₁(t) und v₂(t) führen demzufolge zu annähernd gleichen Durchschnittsgeschwindigkeiten. Zudem ist der Weg-Zeit-Verlauf s₂(t) dargestellt, von dem sich v₂(t) ableitet und hier beispielhaft einen sinusförmigen Verlauf hat. V₁(t) entspricht etwa einer durch diskrete (Ein/Aus-)Steuersignale ausgelösten Bewegung, bei der allein die Trägheit des Systems den sprunghaften Anstieg der Geschwindigkeit etwas dämpft. Eine mit diesem Geschwindigkeitsprofil bewegte Masse erreicht sehr schnell ihre Maximalgeschwindigkeit, verbleibt dann in diesem konstanten Bewegungszustand und wird gegen Ende sehr stark abgebremst. Wie man leicht erkennen kann, sind für eine solche Bewegungen wesentlich höhere Beschleunigungsbeträge nötig als für eine Bewegung, die dem Geschwindigkeitsprofil von v₂(t) folgt, da hier das Maximum der zeitlichen Ableitung deutlich unter dem von v₁(t) liegt. Hohe Beschleunigungen bedeuten jedoch hohe Trägheitskräfte, die es zu vermeiden gilt. Zur Bewegung eines Antriebes in der Form von v₂(t) bedarf es jedoch eines ungleich höheren Aufwandes als bei diskreter Ansteuerung, da hier das Signal nicht nur aus 2 Befehlen, sondern aus einem Vielfachen an Befehlen besteht, um den dargestellten weichen, kontinuierlichen Verlauf zu erzielen. Zur Bewegung der fluidischen Muskeln der Erfindung ist hierzu beispielsweise ein völlig anderer, deutlich komplexerer und größerer Ventiltyp (13), der über eine interne elektronische Druckregelung und Aktorik verfügen muss, notwendig, als bei diskreter Ansteuerung. Dies wiederum ist mit dem äußerst knappen Bauraum, den die ihn einhüllende menschliche Körperoberfläche (2) bietet, zu vereinbaren, was mit der Erfindung erreicht wurde.
b) Vermeidung zu hoher Beschleunigungen durch Vermeidung sprunghafter Geschwindigkeitsänderungen durch Dämpfung Eine zusätzliche Maßnahme, um insbesondere hohe negative Beschleunigungen (Verzögerungen), wie sie bei Abbremsvorgängen auftreten, zu vermeiden, ist der Einsatz geeigneter permanenter und Wegabschnitts-Dämpfer. Diese beispielsweise mittels Silikonöl dämpfenden Maschinenelemente können als Rotationsbremsen (14) oder Aufpralldämpfer (15) ausgeführt sein und sind ebenfalls innerhalb der einhüllenden menschlichen Körperoberfläche (2) neben allen anderen Antriebselementen und Skelettteilen zu arrangieren, was mit der Erfindung gelungen ist.

Hat man durch diese Maßnahmen bereits die die Schwingungen anfachenden Trägheitskräfte auf ein Minimum reduziert, können die durch die verbliebenen Trägheitskräfte noch bestehenden Schwingungen durch Verschiebung der Eigenfrequenz des Gesamtsystems weiter auf ein natürliches, der menschlichen Bewegung entsprechendes Maß reduziert werden. Dies ist in der Erfindung durch zwei weitere Maßnahmen erreicht worden:

1. Reduktion der Schwingungen des Gesamtsystems durch Verschiebung seiner Eigenfrequenz („Verstimmen” des Systems) in den unterkritischen Bereich durch Erhöhung und geeigneter Verteilung der Systemmasse Die Erfindung weist hierzu ein in der Symmetrieachse des Körpers hegendes Hartbleigewicht auf (16) auf, das dem Roboter menschliche Körpermasse verleiht und damit seine Eigenfrequenz in den unterkritischen Bereich verschiebt. Dieses Bauteil bringt die notwendige Körpermasse in maximal verdichteter Form somit dorthin, wo sie die Bewegung der Extremitäten nicht stört, jedoch zur Schwingungsvermeidung und Stabilisierung des Gesamtsystems benötigt wird, was zur Freigabe wertvollen Bauraumes und zu einer weiteren Verbesserung gegenüber dem menschlichen Vorbild führt. Durch Verschiebung des Gewichtes in der Symmetrieachse des Körpers kann der Schwerpunkt des Roboters je nach Körperhaltung (Sitzen oder Stehen) an seine optimale Position verschoben werden.
2. Reduktion der Schwingungen der Antriebssubsysteme durch Verschiebung ihrer Eigenfrequenz in den überkritischen Bereich durch Erhöhung ihrer Steifigkeit Hierzu sind in der Erfindung die Kraftangriffspunkte der Antriebe so gewählt, dass auf Seilzüge, Riemenantriebe oder lange Gelenkwellen zur Bewegung der Extremitäten weitestgehend verzichtet werden kann. Diese Antriebselemente stellen aus mechanischer Sicht lange Federn dar, die die Elastizität eines Antriebssubsystems, bestehend aus dem Antrieb, der zu bewegenden Masse und dem Bewegungs-Freiheitsgrad, z. B. einer Achse, stark erhöhen und somit seine Eigenfrequenz in den Bereich der Anregungsfrequenz verschieben können, was zu Resonanz und damit zu unerwünschten Schwingungen führt. In der Erfindung sind daher alle als Antriebe für die Extremitäten verwendeten fluidischen Muskeln und Zylinder mit Ausnahme eines Schulterfreiheitsgrades direkt an die zu bewegende Masse angebunden. Dies entspricht auch der menschlichen Anatomie, bei der die Schultermuskeln, Bi- und Trizeps, die Muskeln des Handgelenkes und des Oberschenkels ebenfalls direkt am Knochen ansetzen. Für die Erfindung bedeutet dies jedoch fundamentale Unterschiede im Konstruktionskonzept gegenüber anderen humanoiden Robotern, da die meisten Antriebe nicht mehr in Körperregionen untergebracht werden können, wo verhältnismäßig viel Platz ist, z. B. im Bauch- oder Brustraum des Torsos. Da die fluidischen Muskeln, wie menschliche Muskeln, gegenüber anderen Antrieben wie Druckluftzylindern oder Servomotoren jedoch ein schlechtes Baulängen-Hub-Verhältnis haben (Hub max. 25% der unkontrahierten Länge), musste für die Direktanbindung dieser Elemente eine grundlegende geometrische und mechanische Neukonzeptionierung des Roboters erfolgen.

Diese konstruktiven Maßnahmen sind jedoch nicht isoliert zu sehen. Erst durch ihre gegenseitige Abstimmung in der Erfindung entsteht ein zu hoher Dynamik befähigter humanoider Roboter, der sich schnell und mit großen Beschleunigungen, jedoch zugleich fließend und ohne störende Schwingungen bewegen kann, wie man es auch von einem Menschen erwartet.
1.5 Erreichte Vorteile
Durch die Erfindung wird das bislang erreichbare dynamische Feld bei der Bewegung humanoider Roboterextremitäten erheblich erweitert. Dadurch, dass humanoide Roboter nun wesentlich dynamischer bei gleichzeitiger Natürlichkeit der Bewegung agieren können, fällt ihre unwillkürliche Bewertung durch einen Betrachter nach menschlichen Maßstäben wesentlich besser aus, was zu einer signifikant erhöhten Akzeptanz der Maschine und damit zu deutlich verbesserten Absatzmöglichkeiten dieser Entwicklungen führt, wie das Uncanny-Valley-Phänomen beweist.
Zudem wird auch das mögliche Aufgabenfeld für den Roboter fundamental erweitert. Der Roboter kann nun viel schneller auf Ereignisse oder Befehle mit Bewegungen seiner Extremitäten reagieren, ohne sich z. B. selbst damit aus dem Gleichgewicht zu bringen oder an Positionierpräzision durch auftretende Schwingungen zu verlieren. Denn bei aller softwareseitigen Flexibilität, die humanoide Roboter zur Zeit aufweisen, ist es am Ende doch immer wieder die Limitiertheit des mechanischen Apparates, sei sie durch seine Geometrie, seine hohe Trägheit, fehlende Freiheitsgrade, seine Neigung in Schwingung zu geraten oder mangelhafte Dauerfestigkeit gegeben, die den Einsatzbereich des Roboters erheblich beschränkt.
1.6 Weitere Ausgestaltung der Erfindung
Die hochdynamischen Fähigkeiten und hohe Belastbarkeit der Erfindung werden am Beispiel einer extreme Hochdynamik, Wiederholgenauigkeit und Dauerfestigkeit erfordernden Anwendung, dem Spielen eines handelsüblichen Schlagzeug-Sets (siehe 6) mit hoher Geschwindigkeit, gemessen in bpm (beats per minute, entspricht Schläge pro Minute), bewiesen.
Die Erfindung weist die charakteristischen Merkmale eines Humanoiden auf, unterscheidet sich aber von den bisher veröffentlichen Entwicklungen bereits durch ihre äußere Gestalt und Größe.
So weist sie die Proportionen (1) und mindestens die absolute gegenwärtige Durchschnitts-Körperlänge eines erwachsenen Menschen auf, die sich zwischen dem 3%- und 97%-Perzentil bewegt.
Der Roboter ist so konstruiert, dass er mindestens 10 verschiedene Schlagflächen, in 6 beispielhaft bestehend aus 2 Bassdrums (17), einer Snare-Drum (18), 3 Hänge-Toms (19), einer Stand-Tom (20), einem Hihat (21) und 2 Becken (22), einem Menschen gleich anfahren und schlagen kann. Er kann wie ein Mensch dabei 4 Schlagflächen gleichzeitig anschlagen. Beim Anschlagen der Bassdrums wird er von handelsüblichen, evtl. modifizierten Schlagzeug-Pedalmechanismen (23) unterstützt. Sie sind dazu relativ zu den Schlagflächen der beiden Bassdrums fixiert. Mit den Händen hingegen kann er, wie beim Spielen des Schlagzeuges durch einen Menschen, mittels in den Händen angebrachter, handelsüblicher Drumsticks (24), die übrigen in Hüfthöhe oder hoher angebrachten Schlagzeugelemente Snaredrum, Hihat, Toms und Becken anschlagen. Die Schlagbewegungen sind dabei den menschlichen Schlagbewegungen eng nachempfunden, sie ergeben sich z. B. im Falle der Arme aus einer Überlagerung von einer Wipp-Bewegung des Handgelenkes (7) und einer kurzen Auslenkung des Unterarmes aus dem Ellenbogengelenk (6). Hierzu ist, wie bei einem Menschen, dass präzise Zusammenspiel der an den beiden Bewegungen beteiligten Antriebe vonnöten, um die Bewegung natürlich erscheinen und auf die Schlagfläche wirken zu lassen. Dazu ist ein in Testreihen mit menschlichen Schlagzeugern ermittelter zeitlicher Versatz von Handgelenk- und Unterarmauslenkung erforderlich, der sich mit der Geschwindigkeit des gespielten Taktes nichtlinear ändert.
Soll die Anschlagposition geändert oder ein anderer Schlagzeugteil angeschlagen werden, werden der Schlagbewegung zusätzlich Bewegungen des Oberarmes überlagert, der aus der Schulter heraus über ein Gelenk (5, 25) bewegt wird.
Dieses Gelenk bietet wie bei einem Menschen drei Freiheitsgrade, bestehend aus drei zueinander senkrecht stehenden Rotationsachsen. Der Oberarm kann um jede Achse von einem unabhängigen Antrieb um einen begrenzten Bereich geschwenkt werden.
Um dies berücksichtigen zu können, weist die Erfindung eine dafür entwickelte Steuerung auf, die in der Lage ist, in Kommunikation mit einem handelsüblichen Software-Sequenzerprogramm und einem Computer, den verantwortlichen Antrieben die Befehle zur Bewegung zeitlich exakt und wiederholgenau zu erteilen. Diese Steuerung ist zudem in der Lage, alle Antriebe der Maschine simultan und in Echtzeit zu steuern und dabei sowohl diskrete als auch kontinuierliche Signale zu senden. Mit letzteren können die in 1.4 beschriebenen und in 7 dargestellten optimierten Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe der Antrieb-Hübe und damit der Endglieder-Positionierungen erzielt werden. Die so erstellten Bewegungsprogramme können gespeichert beliebig oft wiederholt werden. Als Datenübertragungsprotokoll ist in der Erfindung z. B. die Verwendung von MIDI (Musical Instrument Digital Interface) möglich.
In einer Variante kann die Steuerung jedoch auch andere Datenübertragunsprotokolle nutzen und mit einem anwendungsspezifisch angefertigten oder modifizierten Sequenzerprogramm, in dem mindestens die zeitliche Anordnung von kontinuierlichen und diskreten Bewegungsbefehlen möglich ist, zusammenarbeiten.
In 3–5 wurden verschiedene Körperhaltungen dargestellt, um die Flexibilität und den Aktionsradius der Erfindung zu dokumentieren. Zwischen den dargestellten Körperhaltungen kann der Roboter theoretisch unendlich viele Zwischenhaltungen annehmen. Praktisch wird deren Anzahl durch die Positionierungs-Genauigkeit der Antriebe jedoch schätzungsweise auf einige zehntausend begrenzt.
Zusätzlich weist die Erfindung in der oben beschriebenen Ausgestaltung weitere, folgende Merkmale auf:

a) Jedes Ellenbogen-, Hand-, Hüft-, Knie- und Fußgelenk hat mindestens einen Freiheitsgrad und mindestens Ellenbogen-, Hand- und Hüftgelenke sind mit je einem Antrieb für jeden Freiheitsgrad ausgestattet
b) Teile seines Skelettes und der Antriebsmechanik können mit einer Hülle (26) umgeben sein, die der menschlichen Anatomie entspricht

Die so ausgestattete Erfindung ist nicht nur in der Lage, das oben beschriebene Schlagzeug mit der einem Menschen möglichen Geschwindigkeit zu spielen, sondern auch, dauerhaft wesentlich schneller die Schlagzeugkomponenten anzuschlagen als ein Mensch dazu in der Lage wäre, was konkret bedeutet

i. Bassdrum-Anschläge kontinuierlich länger als 60 Sek. mit bis zu 30 Hz Anschlagfrequenz oder mehr zu erzeugen
ii. Snaredrum-Anschläge kontinuierlich länger als 60 Sek. mit mindestens bis zu 20 Hz Anschlagfrequenz oder mehr zu erzeugen.

Mit dem gemäß 3–6 gebauten Systemdemonstrator werden diese Extremwerte derzeit nachweisbar erreicht und übertroffen. Im Normalbetrieb werden Positioniergeschwindigkeiten der Hände von > 4 m/s und deren Beschleunigungen von > 60 m/s² bei Bewegungen des gesamten Armes aus dem Schultergelenk problemlos und ohne störendes Nachschwingen erreicht.
Da Kopf und Gesicht eines humanoiden Roboters mindestens so kritisch wie alle anderen Merkmale (Bewegung, Körperbau) der unwillkürlichen Bewertung nach menschlichen Maßstäben durch den Betrachter unterzogen werden, ist auf die Natürlichkeit der Bewegung von Kopf (28) und Hals (29) zusätzlich besonderer Wert bei der Entwicklung der Erfindung gefegt worden, obwohl diese Körperteile beispielsweise in der oben beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung nicht direkt zur akustischen Rhythmuserzeugung beitragen. Dies führt dazu, dass in der Erfindung

a) der Kopf mindestens einen Freiheitsgrad hat und pro Freiheitsgrad mit je einem unabhängigen Antrieb ausgestattet ist
b) der Hals mindestens zwei Freiheitsgrade hat und pro Freiheitsgrad mit je einem unabhängigen Antrieb ausgestattet ist

Auch die Antriebssysteme von Kopf und Hals weisen die Eigenschaft auf, dass sie weiche und doch wenn nötig hochdynamisch verlaufende Bewegungen ausführen können und gegen Schwingungen gedämpft sind, wofür ebenfalls fluidische Muskeln (12) als Antriebe verwendet werden.
In einer weiterentwickelten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kopf, um die Natürlichkeit der Gesamterscheinung weiter zu erhöhen, zusätzlich in der Lage, über die Gesichtsmimik (27) Stimmungen oder körperliche Zustände, wie z. B. Konzentration oder Anstrengung, wiederzugeben, wobei auch für die Gesichts- und Kieferbewegungen Antriebe verwendet werden können, die ihre Bewegung proportional zu einem in seinem Verlauf beliebigen, kontinuierlichen Parameter-Zeit-Signal ausführen.
Dies kann z. B. wie folgt technisch realisiert werden:
Im Inneren eines der Kopfform angeglichenen Schädel-Unterskelettes, dessen Oberfläche ca. 3–5 mm Abstand von der Oberfläche des Gesichtes des Roboters hat, werden die Antriebe für die Bewegungen der Gesichtspartien wie Augenbrauen, Augen, Augenlider, Wangen-, Lippen und Kiefermuskulatur, die benötigten Getriebe sowie ihre Steuerungs- und Energieversorgungsschnittstellen untergebracht. Da es sich bei den bewegenden Gesichtspartien nicht um kettenartig aneinander gereihte Glieder, wie z. B. Extremitäten, handelt, sie demzufolge auch keinen großen Abstand zu einem Drehzentrum haben (wie ihn z. B. die Hände zum Ellenbogen- oder Schultergelenk haben) und zudem die bewegte Masse und Bewegungsgeschwindigkeit im Vergleich zu den Extremitäten klein ist, treten bei deren Beschleunigung nur geringe Kräfte auf. Eine Haut aus elastomerem Material, die die natürliche Oberfläche des Gesichtes wiedergibt und den oben genannten Abstand von der Gesichts- zur Schädeloberfläche auf füllt, wird an den Stellen, an denen bei einem Menschen die Ansatzpunkte der Gesichtsmuskeln liegen, mit den Antrieben im Schädelinneren verbunden. Diese Verbindung kann beispielsweise durch Verkleben der Enden der Antriebsstangen und -züge mit der Haut im Kraftangriffspunkt oder über gelenkige Anbindung an Armierungselemente, wie z. B. Federn oder Fäden, die in die Haut nach außen unsichtbar mit eingearbeitet wurden, erfolgen. Bewegen sich nun die Antriebe, erfahren die Stangen- oder Zuggetriebe eine Zug- oder Schubkraft, die über deren Anbindung an die Haut zu einer lokal begrenzten Verzerrung der elastomeren Haut führen, die bei richtiger Positionierung und Ausrichtung die natürliche Bewegung einer Gesichtspartie wiedergibt. Hierbei ist für die Natürlichkeit der Bewegung neben der Konfiguration, Anordnung und Koordination der Antriebe auch die Verwendung von elastomerem Material, das die Konsistenz, Haptik und elastischen Widerstand von Fleisch bzw. Haut bietet, von fundamentaler Bedeutung, da diese Eigenschaft nicht nur die optische Erscheinung der Bewegung, sondern auch die benötigten Zug- und Schubkräfte der Antriebe wesentlich beeinflusst. Ein solches Material, das zudem hochgradig alterungsbeständig ist, kommt in der Erfindung zum Einsatz.
In einer weiterentwickelten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kopf auch in der Lage, Geräusche, die auch Text enthalten können, wiederzugeben. Die Wiedergabe erfolgt dabei über ebenfalls im Kopf- oder Halsbereich untergebrachte Lautsprecher oder andere Klangwiedergabegeräte. Die Klangerzeugung kann durch akustische Synthese oder das Aneinanderreihen und Abspielen von Samples erfolgen. Die Auswahl der wiederzugebenden Geräusche kann dabei manuell oder automatisiert erfolgen.
Die Erfindung wurde an den Stellen, an denen eine präzise Echtzeit-Kontrolle über den zeitlichen Verlauf des Hubes eines Antriebes und damit der Bewegung des angeschlossenen Gliedes sowie hohe Kräfte vonnöten sind, mit fluidischen Muskeln als Antriebe ausgestattet. Weitere Gründe hierfür sind, wie oben unabhängig von der Anwendung beschrieben,

a) die im Vergleich zu anderen Antrieben gleicher Leistung geringe Masse
b) die im Vergleich zu anderen Antrieben gleicher Masse großen Losbrechkräfte

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können jedoch auch andere Antriebskomponenten als fluidische Muskeln verwendet werden, die in der Lage sind, das mechanisch angeschlossene Glied über ihren Hub in Echtzeit proportional zu einer an einem manuellen Controller anliegenden, beliebigen Fingerbewegung des Bedieners oder proportional zu einer programmierten, und über der Zeit veränderlichen beliebigen Parameterfunktion mit industrieüblicher Wiederholgenauigkeit zu bewegen, sofern sie

a) das zu bewegende Glied, Gliederkette oder das Gesamtsystem nicht so schwer werden lassen, dass hochdynamische Bewegung nicht mehr möglich ist, da es ansonsten aus dem Gleichgewicht oder in zu starke Schwingung geriete oder zerstört würde,
b) die für hochdynamische Bewegung notwendigen Losbrechkräfte zur Verfügung stellen und
c) sie sich innerhalb der einhüllenden menschlichen Körperoberfläche eines erwachsenen Menschen (2) unterbringen lassen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die zu einer signifikanten Kostenreduktion führen kann, ist der Roboter, ansonsten mit den bis hierhin beschriebenen Varianten übereinstimmend, in der Lage, mindestens zwei Schlagflächen wiederholgenau anzuschlagen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die ebenfalls zu einer signifikanten Kostenreduktion führen kann, ist der Roboter, ansonsten mit den bis hierhin beschriebenen Varianten übereinstimmend, in der Lage, die Schlagflächen höchstens so schnell anzufahren und anzuschlagen, wie ein Mensch dazu in der Lage ist bzw. die Aufgabe, die hochdynamische Bewegung der Extremitäten und anderer Körperteile erfordert, höchstens mit den einem Menschen möglichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zu lösen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Roboter, ansonsten mit den bis hierhin beschriebenen Varianten übereinstimmend, zusätzlich in der Lage, dass er mittels Sensoren, beispielsweise optische, akustische, dynamische und Lage-Sensoren, einem Mikroprozessor mit Datenspeichern, einem Regelkreis und Regelsoftware, die lernend ausgeführt sein kann, und einer mechanischen Aktorik, die in die Bewegungsabläufe, auf Ereignisse reagierend, eingreifen kann, die Positionierungs- und Wiederholgenauigkeit seiner Bewegungen zu verbessern.
In einer finalen Ausgestaltung der Erfindung ist der Roboter, ansonsten mit den bis hierhin beschriebenen Varianten übereinstimmend, zusätzlich in der Lage, mittels Software, die lernend ausgeführt sein kann, oder künstlicher Intelligenz, auf Ereignisse, Dinge oder Lebewesen zu reagieren, sich aus eigenem Antrieb fortzubewegen und insbesondere mit Menschen, z. B. Mitmusikern oder Publikum, zu interagieren.

Claims

Humanoider Hochdynamikroboter, welcher menschliche Proportionen mit einer Durchschnitts-Körperlänge eines erwachsenen Menschen aufweist, wobei ein Skelett (11) des Roboters sowie mindestens das Antriebssystem von Kopf (28), Hals (29) und Gliedmaßen (1) durch Leichtbauweise und optimierte Massenträgheitsmomente gekennzeichnet sind, um hohe Bewegungsdynamik, d. h. hohe Positioniergeschwindigkeiten, Beschleunigungen und Bewegungsfrequenzen der Endglieder (2 u. 3) zu ermöglichen, und jedes Schultergelenk (5, 25) mindestens drei Freiheitsgrade bietet und pro Freiheitsgrad mindestens mit je einem unabhängigen Antrieb ausgestattet ist, der Kopf (28) mindestens einen Freiheitsgrad hat und pro Freiheitsgrad mindestens mit je einem unabhängigen Antrieb ausgestattet ist, der Hals (29) mindestens zwei Freiheitsgrade hat und pro Freiheitsgrad mindestens mit je einem unabhängigen Antrieb ausgestattet ist und jedes Ellenbogen- (6), Hand- (7), Hüft- (8), Knie- (9) und Fußgelenk (10) mindestens einen Freiheitsgrad hat und mindestens Ellenbogen-, Hand- und Hüftgelenke mit mindestens je einem Antrieb für jeden Freiheitsgrad ausgestattet sind, wobei das Skelett (11), die Antriebsmechanik und deren Zuleitungen mindestens teilweise mit einer Hülle (26) umgeben sein können, die der menschlichen Anatomie entspricht, mindestens die Bewegungen der Kopf-, Hals- und Schultergelenkantriebe mit beliebigen Weg-Zeit-Funktionen programmiert oder mit manuellen Controllern in Echtzeit erzeugt werden können, so dass die Bewegungen den Bewegungen eines Menschen vergleichbar sind und fließend und gedämpft wirken, die Endglieder jedoch trotzdem mit hoher Dynamik positioniert werden können, wobei der Roboter über eine Steuerung verfügt, die in der Lage ist, sowohl kontinuierliche als auch diskrete Steuersignale parallel und in Echtzeit an die Antriebe des Roboters zu senden, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewegungen in den Freiheitsgraden mindestens von Kopf, Hals und Schultern fluidische Muskeln (12) als Antriebskomponenten verwendet werden, die in der Lage sind, das mechanisch angeschlossene Glied über ihren Hub in Echtzeit mindestens proportional zu einer an einem manuellen Controller anliegenden, beliebigen Fingerbewegung des Bedieners oder mindestens proportional zu einer programmierten, und über der Zeit veränderlichen beliebigen Parameterfunktion mit industrieüblicher Wiederholgenauigkeit, jedoch mit muskelähnlicher Charakteristik zu bewegen, wobei der Roboter mit handelsüblicher Sequenzersoftware über das MIDI-Datenübetragungsprotokoll gesteuert werden kann, wobei der Roboter in der Lage ist, ein handelsübliches akustisches oder elektronisches Schlagzeug-Set, beispielhaft bestehend aus den Elementen Bassdrum (17), Snaredrum (18), mehreren Toms (19 u. 20), Hihat (21) und Becken (22), rhythmisch computer- oder manuell gesteuert einem menschlichen Schlagzeuger in Geschwindigkeit und Natürlichkeit vergleichbar mit handelsüblichen Drumsticks (24) zu spielen, wobei der Roboter mit den Beinen und Füllen, von handelsüblichen, evtl. modifizierten Pedalmechanismen (23) unterstützt, bis zu zwei Bassdrums, mit den nur in den Händen gelagerten Drumsticks die übrigen in Hüfthöhe oder höher angebrachten Schlagzeugteile Schlagzeugelemente Snaredrum, Hihat, Toms und Becken anschlagen kann sowie mit Kopf und Hals dazu rhythmische, zyklisch wechselnde Bewegungsmuster, die aus kombinierten Bewegungen der Hals- (4) und Kopfgelenke (3) bestehen, ausführen kann, wobei er in der Lage ist, mindestens 10 verschiedene, ortsfest angeordnete Schlagflächen wiederholgenau zu treffen und dauerhaft wesentlich schneller die Schlagzeugkomponenten anzuschlagen als ein Mensch dazu in der Lage wäre.
Humanoider Hochdynamikroboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf zusätzlich noch in der Lage ist, über die Gesichtsmimik (27) Stimmungen und körperliche Zustände, wie z. B. Anstrengung, wiederzugeben.
Humanoider Hochdynamikroboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf zusätzlich noch in der Lage ist, Geräusche, die auch Text enthalten können, wiederzugeben.
Humanoider Hochdynamikroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er mit anderer Steuerungssoftware als handelsüblicher Sequenzersoftware gesteuert werden kann und ein anderes Datenprotokoll als MIDI verwendet werden kann.
Humanoider Hochdynamikroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewegungen in den Freiheitsgraden von Kopf, Hals, Schultern und Gliedmaßen bei sonst vergleichbaren dynamischen Leistungen selektiv oder an allen Stellen andere Antriebskomponenten als fluidische Muskeln verwendet werden, die in der Lage sind, das mechanisch angeschlossene Glied über ihren Hub in Echtzeit entweder mindestens proportional zu einer an einem manuellen Controller anliegenden, beliebigen Fingerbewegung des Bedieners oder nach einem diskreten Befehl oder mindestens proportional zu einer programmierten, und über der Zeit veränderlichen beliebigen Parameter- oder numerischen Funktion mit industrieüblicher Wiederholgenauigkeit zu bewegen.
Humanoider Hochdynamikroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in einer evtl. kostenreduzierten Ausführung in der Lage ist, mindestens zwei verschiedene, ortsfest angeordnete Schlagflächen wiederholgenau zu treffen.
Humanoider Hochdynamikroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er in einer evtl. kostenreduzierten Ausführung in der Lage ist, die Schlagzeugkomponenten höchstens so schnell anzufahren und anzuschlagen, wie ein Mensch dazu in der Lage ist.
Humanoider Hochdynamikroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er für eine andere Aufgabe als das Spielen des beschriebenen Schlagzeug-Sets, die jedoch ebenfalls hochdynamische Bewegungen der Extremitäten erfordert, konzipiert ist, und diese Konzipierung die Fähigkeit zum Spielen des beschriebenen Schlagzeug-Sets nicht erfordern muss.
Humanoider Hochdynamikroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er mittels Sensoren, beispielsweise optische, akustische, dynamische und Lage-Sensoren, einem Mikroprozessor mit Datenspeichern, einem Regelkreis und Regelsoftware, die lernend ausgeführt sein kann, und einer mechanischen Aktorik, die in die Bewegungsabläufe, auf Ereignisse reagierend, eingreifen kann, in der Lage ist, die Positionierungs- und Wiederholgenauigkeit seiner Bewegungen zu verbessern.
Humanoider Hochdynamikroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er mittels Software, die lernend ausgeführt sein kann, oder künstlicher Intelligenz in der Lage ist, auf Ereignisse, Dinge oder Lebewesen zu reagieren, sich aus eigenem Antrieb fortzubewegen und insbesondere mit Menschen zu interagieren.