Handhabungstechnik

Fingerspiele

Greifsysteme der Zukunft
Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart zukunftsweisende Greiferkonzepte, die in realen Anwendungsfeldern erprobt werden.

Kürzere Produktlebenszyklen und steigende Variantenvielfalt stellen immer höhere Anforderungen an die Automatisierungs- und Handhabungstechnik. Besonders im Hinblick auf den Umrüst- und Engineering-Aufwand ist eine flexible Automatisierung wünschenswert, denn sie ermöglicht die schnelle Umrüstung auf die momentan zu produzierenden Produkte.

Die wesentlichen Teilsysteme bei der Handhabung sind eine geeignete Sensorik zur Erkennung der Position, der Ausrichtung und der Geometrie der Bauteile, eine Handhabungskinematik sowie eine flexible Greiftechnik.

Ziel des Verbundprojekts „Greifsysteme der Zukunft“ war es, flexible und intelligente Greiftechnik zu entwickeln. Die einzelnen Teilsysteme sind hierbei neben den Greiferwechselsystemen eine flexible Greiferkinematik sowie eine entsprechende dezentrale Steuerungstechnik, die es dem Greifer ermöglicht, sich – im besten Fall – selbstständig auf die zu greifenden Produkte zu konfigurieren. (Das hilft, den Programmieraufwand gering zu halten.) Ferner benötigt man eine Sensorik zur Erfassung der Systemzustände wie Kräfte und Drücke.

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Geringe Komplexität, hohe Flexibilität

Ausgehend vom Stand der Technik der Greifsysteme – sowohl im industriellen Umfeld als auch im Bereich der Service­robotik – wurden für die Greiftechnik relevante Technologien betrachtet und im Hinblick auf flexible, intelligente Greifer bewertet. Weiterhin wurden in enger Zusammenarbeit mit den beteiligten Unternehmen Branchen übergreifend Anwendungsgebiete für flexible und intelligente Greiftechnik identifiziert und analysiert. Auf der Basis dieser Daten und der Analyse der Greifmöglichkeiten der menschlichen Hand wurden mehrere Entwicklungsschwerpunkte abgeleitet. Das betrifft im Wesentlichen die Wirtschaftlichkeit (und damit eng verbunden eine geringe mechanische und steuerungstechnische Komplexität des Systems) sowie die Flexibilität gegenüber sich ändernden Greifobjekten in Bezug auf deren Geometrie. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Intelligenz, das heißt die Integration von Sensoren sowie die Steuerung des Greifers über eine Ethernet-Schnittstelle.

Als Ergebnisse der Arbeiten wurde ein aktorloses Wechselsystem geschaffen. Die Ver- und Entriegelung ohne zusätzlichen Aktor führt zu einer beträchtlichen Massereduktion und einem hohen Maß an Robustheit. Ein weiteres Resultat stellt die flexible Drei-Finger-Hand dar – mit nur zwei elektrischen Aktoren für vier Freiheitsgrade. Mit dieser Kinematik ist es möglich, auf sich ändernde Objektgeometrien zu reagieren. In Kombination mit einer dezentralen Steuereinheit ist die einfache Integration in Robotersysteme problemlos möglich. Eine zusätzlich integrierbare, adaptive Fingerkinematik erhöht die Anpassungsfähigkeit des Greifers bei gleich bleibendem steuerungstechnischem Aufwand. Weitere Untersuchungsergebnisse sind eine Kraftsensorik zur ortsaufgelösten Messung der Greifkräfte sowie eine dezentrale Steuereinheit auf Basis von Ethernet zur Ansteuerung unterschiedlicher Greiferprinzipien. Einer der hierbei umgesetzten Demonstratoren auf Basis einer Saugerspinne wurde zur Wartung und Parametrierung mit einem Internet-Browser erweitert.

Lösungen für die industrielle und Service-Robotik

Die entwickelten Komponenten wurden alle prototypisch aufgebaut und unter Einbeziehung der beteiligten Unternehmen experimentell untersucht. Die Entwicklungen haben das notwendige Potenzial für den nutzbringenden Einsatz in unterschiedlichen Anwendungsgebieten. Die Anwendungsfelder der entwickelten Komponenten liegen sowohl im Bereich industrieller Applikationen als auch für zukünftige Szenarien im Bereich der Servicerobotik. Konkret können Anwendungsfelder identifiziert werden in der Handhabungstechnik, insbesondere das Zuführen und Entnehmen von Bauteilen aus Fertigungsanlagen sowie beim automatischen Kommissionieren von Ware im Handel. Weitere Anwendungen liegen im Bereich der Servicerobotik, zum Beispiel für Hol- und Bringdienste in mobilen Haushaltsrobotern sowie Assistenzsysteme im industriellen Umfeld – beispielsweise die dritte Hand für den Werker. (gm)

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