Roboter – sichere Helfer des Menschen

Forschung und Entwicklung im Geschäftsfeld Robotersysteme

Bionischer Roboterarm

© Fraunhofer IFF
© Fraunhofer IFF

Bionische Rüsselkinematik für sichere Roboteranwendungen in der Mensch-Maschine-Interaktion (BROMMI)

Zielsetzung des 2012 beendeten Projekts war die Entwicklung und Erprobung eines Roboterarmes, der einem Elefantenrüssel nachempfunden wird. Hiermit entstand eine Roboter-Kinematik, die einerseits rüsselähnliche Bewegungen ausführen kann und andererseits sicher ist. Beides sind immanente Eigenschaften des Rüsselprinzips, wobei letztere im Kontext mit Roboterarmen zu sehen ist. Ein rüsselähnlicher Roboterarm hat im Unterschied zu herkömmlichen Roboterarmen keine Klemm- oder Scherstellen, aus denen ein hohes Verletzungsrisiko für den Menschen hervorgeht. Als weitere Risikominderung ist das typische Bewegungsverhalten zu sehen, was bei herkömmlichen Roboterarmen stark gegenläufig und nicht intuitiv ausgeprägt ist.

Mit der Realisierung dieses Vorhabens wurde eine neue und sichere Robotikkomponente entwickelt, die zudem eine hohe Flexibilität aufweist. Durch sie lassen sich neue Anwendungsbereiche in der industriellen Produktion und Materialwirtschaft erschließen, die eine sichere und direkte Interaktion mit dem Menschen voraussetzen.

Ergebnisse

Der Roboterarm ist aus mehreren Einzelmodulen zusammengesetzt. Jedes dieser Einzelmodule verfügt über drei Bewegungsfreiheitsgrade und kann neben einer Schubbewegung eine Beugung ausführen. Der BROMMI-Roboterarm kann somit über seine gesamte Länge verkürzt und wie ein Elefantenrüssel gebeugt werden. Die Kombination aus beiden Bewegungen ist ebenfalls möglich.

Eine zentrale Steuerung und dezentrale Antriebsregler bilden die Kernelemente der Roboter-Steuerung. Über einen Hauptrechner werden alle Geschwindigkeits- und Positionstrajektorien online berechnet. Die Verteilung der Trajektorien an die Antriebsregler gewährleistet ein echtzeitfähiger Embedded-Rechner. Über die integrierte Bildverarbeitung und einer zusätzlichen Differenzenregelung werden Positionsfehler on-top kompensiert.

Für die Berechnung der Trajektorien wurde ein mathematisches Modell der hyperredundanten Kinematik erarbeitet. Weiterhin wurde eine leistungsstarke Lösung der inversen Kinematik berechnet.

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Bionischer Roboterarm, der einem Elefantenrüssel nachempfunden wurde.

Projektpartner Forschung

  • Fraunhofer IFF, Geschäftsfeld Robotersysteme, Magdeburg (Koordinator)
  • Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik, Berlin

Projektpartner Industrie

  • [project:syntropy] GmbH, Magdeburg
  • Festo AG & Co. KG, Ostfildern-Scharnhausen
  • IFA, Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, Sankt Augustin