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31.01.2018 | Robotik | Im Fokus | Onlineartikel

Smarte Aktuatoren für sichere Roboter

Autor:
Dieter Beste

Die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter sicher und effizient zu gestalten ist Ziel zahlreicher Entwicklungsarbeiten. Im Rahmen eines europäischen Forschungsprojektes gelang es unter anderem, modulare Aktuatoren für Roboterarme zu entwickeln.

Die Ansprüche an Roboter in der Industrie gehen inzwischen weit über die Anforderungen an Genauigkeit und Effizienz hinaus. Ziel gegenwärtiger Entwicklungen sind kollaborative Arbeitsräume, in welchen Mensch und Roboter auch ohne Schutzzäune sicher zusammenarbeiten können. Ein solches Vorhaben war das von der Europäischen Union bis Ende 2017 teilgeförderte Verbundprojekt FourByThree. Bei einem Gesamtbudget von 6,9 Millionen Euro galt es, Hardware- und Softwaretechnologien speziell für die Zusammenarbeit von Roboter und Mensch zu entwickeln –sicher und effizient als auch einfach zu programmieren und leicht zu verwenden. 

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Von deutscher Seite hatte sich unter anderem das in Bremen ansässige Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) am FourByThree-Consortium beteiligt, um Aktuatoren zu entwickeln, die – in Roboterarme integriert – sicheres robotisches Verhalten in der Zusammenarbeit mit Menschen ermöglichen. Die Antriebe basieren nach DFKI-Angaben auf einem neuartigen, seriell-elastischen Design. "Eigensicheres Verhalten" resultiere aus einfachen Kraftmessungen und der Dämpfung unerwarteter Kollisionskräfte. Das Robotics Innovation Center entwickelte vier unterschiedliche Größen von Aktuatoren, sodass der Integrator die Anzahl und Größe der einzelnen Antriebe frei wählen kann – je nach Anforderung des Roboterarmes. 

Antriebe mit integrierter Elektronik

Dank der Aktuatoren könnten die Systeme auch mit deutlich schwereren Objekten hantieren, sagt José de Gea Fernández, Leiter des Teams Roboterregelung am Robotics Innovation Center und FourByThree-Projektleiter am DFKI. Darüber hinaus seien die neuen Antriebe mit integrierter Elektronik ausgestattet, welche zugleich die Sensordatenverarbeitung, die Kommunikation und die FPGA-basierte Regelung übernehme. 

Hochleistungsfähige Kleinst-Computer

Im "Handbuch Industrie 4.0 Bd.4" erläutert Springer-Autor Henning Kagermann den Hintergrund der jetzigen Forschungserfolge (Seite 236 f): "Ausgangspunkt der Entwicklung sind eingebettete Systeme, hochleistungsfähige Kleinst-Computer, die aufgrund der … exponentiellen Entwicklung der Leistungsparameter in der IT milliardenfach in alle möglichen Gegenstände integriert werden können." Gleichzeitig, so berichtet Kagermann, werden diese eingebetteten Systeme mit Sensoren und Aktuatoren ausgestattet. "Solche Systeme können eine Vielzahl an Daten aus ihrem Umfeld erfassen, speichern, verarbeiten und auf dieser Basis zugleich ihre Umgebung beeinflussen." Schon heute seien 98 Prozent aller Prozessoren nicht in Computern, sondern in intelligenten Gegenständen und immer höher technisierten Produkten verbaut.

Projektionsbasierte Arbeitsraumüberwachung

Ebenfalls aus Deutschland bei FourByThree dabei war das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF). Die Magdeburger Forscher haben das am IFF entwickelte und patentierte projektionsbasierte Arbeitsraumüberwachungssystem weiterentwickelt – es sollte modularer, robuster und industrietauglicher gemacht werden. Das System projiziert optisch sichtbare Sicherheitsbereiche um den sich bewegenden Roboter, wobei Größe und Form entsprechend der Bewegung des Roboters dynamisch angepasst werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Technologie nach Institutsangaben eine intuitive Zusammenarbeit von Mensch und Roboter, indem sie relevante Informationen für den Benutzer direkt in den Arbeitsraum projiziert und virtuelle Schaltflächen eine intuitive Steuerung des Roboters oder Prozesses durch den Menschen erlauben.

Die aus FourByThree hervorgegangenen Hardware- und Softwarelösungen wurden in vier Pilotszenarien getestet und konzentrieren sich auf industrielle Prozesse wie Montage, Maschinenbestückung, Schweißen, Nieten und Entgraten. Die im Projekt entwickelten Technologien sollen nun über eine Online-Plattform zugänglich gemacht werden, damit sie direkt auch in bereits verfügbare Roboterlösungen einfließen können. 

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