Roboter – sichere Helfer des Menschen

Forschung und Entwicklung im Geschäftsfeld Robotersysteme

Taktile Sensorsysteme

Taktile Sensorsysteme sind dem menschlichen Tastsinn nachgebildete Sensorsysteme, die es ermöglichen, mechanische Berührungen wahrzunehmen. Mit Hilfe dieser Sensoren können sowohl einzelne Berührungen, als auch großflächige Druckverteilungen ortsaufgelöst erfasst werden. Der Einsatz in technischen Systemen eröffnet dabei neue Möglichkeiten im Bereich der Mensch-Maschine Interaktion, online-fähigen Prozessüberwachung aber auch dem feinfühligen Greifen. Die möglichen Einsatzfelder erstrecken sich über eine Vielzahl unterschiedlicher Branchen und reichen von der klassischen Industrieautomatisierung, über moderne Roboteranwendungen bis hinein in die Medizintechnik.

Das Fraunhofer IFF entwickelt und fertigt maßgeschneiderte taktile Sensorsysteme. Das Leistungsangebot reicht von einfachen Prototypen bis hin zu komplexen Sensorsystemen, wobei die Entwicklung von Messwandler, Elektronik und Software eingeschlossen ist. Nachfolgend geben wir Ihnen einen Überblick über unsere Sensortechnologie und verweisen auf Referenzprojekte, die Ihnen mögliche Anwendungsfelder aufzeigen. Die wesentlichen Anwendungsfelder sind der taktile Fußboden, die taktile Roboterhaut und die taktilen Greifer.

Sensortechnologie

Das Herzstück der taktilen Sensorsysteme des Fraunhofer IFF bilden Messwandler auf Basis piezoresistiver Polymerkomposite. Das resistive Messprinzip ermöglicht in Kombination mit einem patentierten Matrixaufbau die ortsaufgelöste Erfassung von Druckverteilungen. Der Einsatz von flexiblen Kontaktierungsmaterialien gewährleistet eine hohe Robustheit und Lebensdauer. Die adaptierbare und ausgeklügelte Sensorelektronik stellt zudem eine schnelle und zuverlässige Abtastung der Messwandler sicher. Je nach Einsatzfall kann die Elektronik dabei separat oder direkt in die Messwandler integriert werden. Für die Systemintegration stehen verschiedene Kommunikationsschnittstellen oder auch Schaltausgänge zur Verfügung.

Vielseitig einsetzbar

Die taktilen Messwandler können hinsichtlich Form, Größe und Auflösung an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Moderne Fertigungsverfahren ermöglichen eine freie Formgebung, wodurch ebenfalls dehnbare und flexible Messwandler realisiert werden können. Für die Anpassung an die jeweiligen Einsatzbedingungen stehen verschiedene Hüllmaterialien zur Verfügung. Neben besonders robusten Varianten, können damit auch wasserdichte, luftdurchlässige oder stoßdämpfende Messwandler eingesetzt werden.

Hohe Sicherheit

Insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen spielt die Zuverlässigkeit und Überwachung der Sensorfunktion eine entscheidende Rolle. Hier kann das taktile Sensorsystem mit einer Ruhestromüberwachung ausgestattet werden, die es ermöglicht, die Funktionsfähigkeit jeder einzelnen Sensorzelle zu überwachen. Durch die Verwendung stoßdämpfender Hüllmaterialien wird zusätzlich das Verletzungsrisiko im Einsatz als Kollisionssensor reduziert und ein entscheidender Beitrag zur Personensicherheit geliefert. Der Einsatz robuster Materialien gewährleistet eine hohe Lebensdauer, wobei in Langzeitversuchen bereits mehr als 50 Mio. Schaltzyklen erreicht wurden.  

Innovative Datenverarbeitung                                   

Die Verarbeitung und Erkennung von Druckbildern und -mustern spielt eine zunehmend wichtige Rolle für die taktile Interaktion. Im Rahmen aktuell laufender Forschungsprojekte werden deshalb verschiedene Ansätze aus der Bildverarbeitung und künstlicher, neuronaler Netze untersucht, die eine zuverlässige Erkennung von taktilen Druckmustern sicherstellen. Der Einsatz drapierbarer Sensoren des Fraunhofer IFF in Kombination mit den innovativen Methoden aus der Datenverarbeitung eröffnen neue Anwendungsbereiche im industriellen Umfeld wie dem taktilen Greifen. So können Objekte anhand ihres charakteristischen Druckprofils im Greifer erkannt und einsortiert werden.

Projekte

 

Taktile Sensorsysteme zur sicheren Kollisionserkennung

In Anwendungen mit Mensch-Roboter-Interaktion sind taktile Sensorsysteme eine wichtige Schlüsseltechnologie für die Überwachung und Begrenzung der Interaktionskräfte zwischen Mensch und Roboter.

 

Taktile Sensorsysteme in drucksensitiven Fußbodenbelägen

Durch die Integration taktiler Sensorsysteme in Fußbodenbeläge können auf den Boden einwirkende Kräfte ortsaufgelöst erfasst werden. Derart ausgestattete Fußbodenbelag erkennen sowohl ortsfeste als auch ortsveränderliche Objekte.
 

Taktile Sensorsysteme zum gefühlvollen Greifen

Das Handling von Objekten ist eine der wichtigsten Aufgaben in der Industrie- und Servicerobotik. Die verwendeten Greifer sind dabei meist an die Geometrie des zu greifenden Objektes angepasst.

 

Taktile Sensorsysteme als Eingabegeräte

Taktile Sensorsysteme die zur sicheren Kollisionserkennung in Form einer drucksensitiven Haut auf bewegte Maschinenteile oder Roboter aufgebracht wurden, können über die Kollisionserkennung hinaus auch als Bedieninterface genutzt werden.

Weitere Anwendungsfelder

  • Messsysteme für die Erfassung von Druckverteilungen
  • medizinische Applikationen
    • Ganganalyse (Druckmessung im Schuh, Abrollverhalten usw.)
    • medizinische Lagersysteme (Dekubitusprophylaxe)
    • Druckmessungen an Prothesen
    • Sitzkomfortmessung
  • Automotive
    • Fahrzeuginsassenerkennung
    • Sitzkomfortmessungen
    • drucksensitive Oberflächen
  • Virtual Reality und Augmented Reality
    • tangible Interfaces
    • haptische Interfaces