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Robotik

Pneumatische Roboterhand mit sanftem Griff

| Redakteur: Jan Vollmuth

Blick in die Zukunft: Mit der pneumatischen Roboterhand Bionic Soft Hand, die ihr gestellte Greif-Aufgaben mittels Versuch und Irrtum selbst lösen kann, und dem äußerst flexiblen Bionic Soft Arm, einem pneumatischen Leichtbauroboter, stellt Festo ein smartes Duo für die Mensch-Roboter-Kollaboration vor.

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Die Bionic Soft Hand kann einen zwölfseitigen Würfel so drehen, dass am Ende eine vorher festgelegte Seite nach oben zeigt.
Die Bionic Soft Hand kann einen zwölfseitigen Würfel so drehen, dass am Ende eine vorher festgelegte Seite nach oben zeigt.
( Bild: Festo )

Ob greifen oder halten, drehen oder tasten, tippen oder drücken: Die menschliche Hand ist dank ihrer einzigartigen Kombination aus Kraft, Geschicklichkeit und Feinmotorik ein wahres Wunderwerkzeug der Natur. Was liegt da näher, dachte sich Automatikspezialist Festo, als Roboter in kollaborativen Arbeitsräumen mit einem Greifer auszustatten, der diesem natürlichen Vorbild nachempfunden ist und durch künstliche Intelligenz lernen kann, verschiedene Aufgaben zu lösen?

Leicht, sensibel und doch ganz stark

Gedacht, getan: Auf der Hannover Messe 2019 stellte das Unternehmen seine Bionic Soft Hand vor, die sicher und direkt mit Menschen interagieren kann, da sie pneumatisch betrieben wird. Im Gegensatz zur menschlichen Hand besitzt die Bionic Soft Hand keine Knochen. Ihre Finger bestehen aus flexiblen Balgstrukturen mit Luftkammern. Umschlossen sind die Bälge in den Fingern von einem speziellen 3D-Textilmantel, der sowohl aus elastischen als auch hoch festen Fäden gestrickt ist. Damit kann über das Textil genau bestimmt werden, an welchen Stellen die Struktur sich ausdehnt und damit Kraft entfaltet und wo sie an der Ausdehnung gehindert wird. Dadurch ist sie leicht, nachgiebig, anpassungsfähig und sensibel, aber dennoch in der Lage, starke Kräfte auszuüben.

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Roboterhand mit Lernvermögen

Die Lernmethoden von Maschinen sind mit denen des Menschen vergleichbar: ob positiv oder negativ – sie benötigen eine Rückmeldung auf ihre Aktionen, um diese einordnen zu können und daraus zu lernen. Bei der Bionic Soft Hand kommt die Methode des Reinforcement Learning zum Einsatz, das Lernen durch Bestärken.

Das bedeutet: Statt einer konkreten Handlung, die sie nachahmen muss, bekommt die Hand lediglich ein Ziel vorgegeben. Dieses versucht sie durch Ausprobieren (Trial-and-Error) zu erreichen. Anhand des erhaltenen Feedbacks optimiert sie nach und nach ihre Aktionen, bis sie schließlich die gestellte Aufgabe erfolgreich löst.

Einlernen mittels digitalem Zwilling

Konkret soll die Bionic Soft Hand einen zwölfseitigen Würfel so drehen, dass am Ende eine vorher festgelegte Seite nach oben zeigt. Das Einlernen der dazu nötigen Bewegungsstrategie geschieht in einer virtuellen Umgebung anhand eines digitalen Zwillings, der mithilfe der Daten einer Tiefenkamera und den Algorithmen der künstlichen Intelligenz erstellt wird.

Um den Aufwand für die Verschlauchung der Bionic Soft Hand möglichst gering zu halten, haben die Entwickler eigens eine kleinbauende, digital geregelte Ventilinsel konstruiert, die direkt unterhalb der Hand angebracht ist. Dadurch müssen die Schläuche zur Ansteuerung der Finger nicht durch den kompletten Roboterarm gezogen werden. So lässt sich die Bionic Soft Hand mit nur je einem Schlauch für Zuluft und Abluft schnell und einfach anschließen und in Betrieb nehmen. Mit den eingesetzten proportionalen Piezoventilen lassen sich die Bewegungen der Finger präzise regeln.

Flexibel und gefahrlos mit Menschen zusammenarbeiten

Die strikte Trennung zwischen der menschlichen Arbeit und den automatisierten Aktionen von Robotern wird zunehmend aufgehoben. Ihre Arbeitsbereiche verschmelzen zu einem kollaborativen Arbeitsraum, in dem vor allem Roboter gefragt sein werden, die sich flexibel anpassen lassen und sich auf unterschiedliche Szenarien einstellen. Mit dem Bionic Soft Arm, einem flexiblen, pneumatischen Roboterarm, können in Zukunft Mensch und Maschine gleichzeitig dasselbe Werkstück bearbeiten, ohne dass sie voneinander abgeschirmt werden müssen.

Der pneumatische Leichtbauroboter Bionic Soft Arm ist von Grund auf nachgiebig und eignet sich für die direkte Mensch-Roboter-Kollaboration.
Der pneumatische Leichtbauroboter Bionic Soft Arm ist von Grund auf nachgiebig und eignet sich für die direkte Mensch-Roboter-Kollaboration.
( Bild: Festo )

Der Bionic Soft Arm ist eine kompakte Weiterentwicklung des Bionic Motion Robot von Festo, dessen Anwendungsspektrum deutlich erweitert wurde. Möglich macht das sein modularer Aufbau: Er lässt sich mit bis zu sieben pneumatischen Balgsegmenten und Drehantrieben kombinieren. Damit ist er in Reichweite und Beweglichkeit maximal flexibel und kann bei Bedarf auch auf engstem Raum um Hindernisse herum arbeiten. Gleichzeitig ist er von Grund auf nachgiebig und kann gefahrlos mit dem Menschen zusammenarbeiten. Eine direkte Mensch-Roboter-Kollaboration ist mit dem Bionic Soft Arm ebenso möglich wie der Einsatz in klassischen SCARA-Anwendungen, zum Beispiel Pick-and-Place-Aufgaben.

Je nach Aufbau und montiertem Greifer lässt sich der modulare Roboterarm für die verschiedensten Anwendungen nutzen. Seine nachgiebige Kinematik erleichtert ihm die Anpassung an unterschiedliche Aufgaben an wechselnden Orten: Der Wegfall aufwendiger Sicherheitseinrichtungen wie Käfige oder Lichtschranken verkürzt die Umbauzeiten und ermöglicht so einen flexiblen Einsatz – ganz im Sinne einer wandlungsfähigen und wirtschaftlichen Fertigung.

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