Wer verhindern will, dass Müll die empfindlichen Ökosysteme unter Wasser vergiftet oder Mikro- und Nanoplastik über die Nahrungsketten in unsere Körper gelangt, muss sowohl die weitere Verschmutzung der Gewässer verhindern als auch den bereits vorhandenen Müll einsammeln. Genau das hat das europäische Projekt Horizon 2020 – Maelstrom zum Ziel: Die Entwicklung und Integration von Lösungen zur Identifizierung, Entfernung, Sortierung und Umwandlung aller Arten von Meeresmüll in Rohstoffe. Dazu hat ein internationales Forschungsteam, bestehend aus Tecnalia aus Spanien, CNRS-LIRMM aus Frankreich und der italienischen Servizi Tecnici, die Robotic Seabed Cleaning Plattform entwickelt.
Deren Kernkomponente ist ein Unterwasserroboter mit Greifer und Saugeinrichtung, der sich in sechs Freiheitsgraden mithilfe von acht Seilwinden flexibel bewegen kann. Über Sensoren und Kameras erkennt der Roboter den Müll auf dem Meeresboden, positioniert sich automatisch darüber und kann bis zu 130kg schwere Gegenstände (z.B. Fahrräder, Reifen, Kisten und Netze) heben. Kleinere Teile oder im Wasser treibende Kunststoffe werden über einen Sauger geborgen. „Da wir von der Oberfläche aus operieren und Greifer oder Sauger nur bei Bedarf aktivieren, erreichen wir eine hohe Selektivität und reduzieren so die Auswirkungen auf das Ökosystem am Meeresboden“, erklärt Mariola Rodríguez, Maelstrom-Projektmanagerin bei Tecnalia.
Genaues und schnelles Positionieren
Die Positionierungswinden werden über die Servoverstärker AX5118 und die Servomotoren AM8071 von Beckhoff synchron angesteuert. „Um ein robustes, genaues und schnelles Positionieren zu gewährleisten, haben wir bürstenlose Synchron-Servomotoren gewählt“, betont Jose Gorrotxategi, Elektronikingenieur im Cable Robotics Team von Tecnalia. Ein weiterer Vorteil: Die One Cable Technology der Antriebe reduziert den Verdrahtungsaufwand und Platzbedarf an den Winden. Über die Stahlseile der Winden lässt sich das Robotergestell unter Wasser präzise positionieren und mit hoher Steifigkeit an Ort und Stelle halten, trotz der mitunter kräftigen Strömungen.
Steuerung per IPC
Die Steuerung des Unterwasserseilroboters mit seinen insgesamt zwölf Achsen übernimmt die Steuerung Twincat 3, installiert auf einem Schaltschrank-Industrie-PC C6650. Dieser ist im Hauptschaltschrank installiert, der sich im Kontrollraum befindet. Bei der Steuerung der Teleoperationen des Seilroboters per Joystick verwendet der Bediener die geschätzte Position der mobilen Unterwasserplattform sowie die auf der mobilen Plattform befindlichen Kameras. Über das HMI kann der Bediener die verschiedenen Steuerungsmodi anwählen und anhand der Sensorwerte alle Funktionen überwachen – zusätzlich zur visuellen Kontrolle per Unterwasserkameras. Das Kamerasystem zur Wahrnehmung unter Wasser ermöglicht vor allem die visuelle Servosteuerung: Sobald der Bediener Meeresmüll sieht, kann er diesen im Kamerabild anklicken und die mobile Plattform des Seilroboters fährt den Müll automatisch an.