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Mensch-Roboter-Interaktion Forscher erfinden neues Robotergelenk

| Redakteur: Katharina Juschkat

Für eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration wird bisher hauptsächlich auf Sensoren gesetzt, die Kollisionen verhindern. Jetzt haben Chemnitzer Forscher ein neues Robotergelenk erfunden, das Kollisionsenergie über Federn aufnimmt.

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Doktorand Hongxi Zhu und Professorin Ulrike Thomas probieren gemeinsam den Laufroboter aus, in dem das nachgiebige Robotergelenk integriert werden kann.
Doktorand Hongxi Zhu und Professorin Ulrike Thomas probieren gemeinsam den Laufroboter aus, in dem das nachgiebige Robotergelenk integriert werden kann.
(Bild: Jacob Müller)

Forscher der TU Chemnitz haben ein neues, nachgiebiges Robotergelenk erfunden, das die Mensch-Roboter-Kollaboration sicherer machen soll. Die zwei Erfinder Prof. Ulrike Thomas und Doktorand Hongxi Zhu tüfteln bereits seit 2016 an dem neuen Gelenk und haben es jetzt erfolgreich zum Patent angemeldet.

Kollaborative Robotik schneller und sicherer machen

Bisher wurden kollaborative Roboter mit Sensoren, meist Kraftsensoren, ausgestattet, um die Kontaktkräfte im Fall einer Kollision messen und ggf. ausweichen zu können. Andere Techniken verwenden externe optische Sensoren und überwachen so die Distanz zwischen Roboter und Mensch. Bei beiden Lösungen geht es vor allem darum, Kollisionen zu vermeiden, weshalb sich der Roboterarm auch sehr langsam bewegen muss.

Das neue Gelenk kann aufgrund einer Feder Energie aufnehmen. Damit kann die Kollisionsenergie abfließen. Der Roboter darf sich in naher Umgebung eines Menschen schneller bewegen, ohne dass dieser gefährdet wird. Die Herausforderung liegt darin, die Federhärte nicht-linear einstellen zu können. So kann der Roboter bei Arbeiten, die viel Kraft erfordern, selbstständig die Federhärte einstellen, um so z.B. einen Nagel in eine Wand schlagen zu können.

Ein weiterer Vorteil der nachgiebigen Gelenke: Die gespeicherte Energie kann auch zur Beschleunigung der Bewegung verwendet werden, so dass ein humanoider Roboter mit der Energie springen oder Bälle werfen kann.

Von Harmonic-Drive-Getriebe inspiriert

Die erste Idee hatte Ulrike Thomas bei Betrachtung eines Harmonic-Drive-Getriebes – ein Wellengetriebe mit hoher Übersetzung – ebenfalls eine elliptische Form auszunutzen, so dass sich ein nicht-lineares Verhalten realisieren lässt. Thomas‘ Mitarbeiter Hongxi Zhu entwickelte die ersten Ideen dann schnell zu funktionierenden Prototypen weiter.

Das neu entwickelte Robotergelenk wurde jetzt patentiert, eine Lizenzierung des Patents steht kurz bevor.

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