Für harte Arbeitsumgebungen: Kompakter Roboterfinger, der etwas aushält

Chinesische Wissenschaftler des Harbin Institute of Technology (HIT) sind dem Ziel nähergekommen, robuste menschenähnliche Hände für Roboter zu konstruieren. Dazu haben sie einen kompakten Roboterfinger entwickelt, der auch stärkeren physischen Belastungen standhalten kann, ohne seine Funktion einzubüßen.

Robotergreifer, die Händen von Menschen ähneln, können mittlerweile zwar deren Funktion nachahmen, sind aber meist sehr empfindlich. Bereits geringe physische Einwirkungen können die Mechanik und damit ihre Funktion so beeinträchtigen, dass der Finger defekt ist. In unstrukturierten Arbeitsumgebungen, in denen Roboter mit solchen Händen gemeinhin eingesetzt werden sollen, lassen sich Stöße jedoch kaum verhindern. Entsprechend müssen Roboterfinger her, die auch in harten Arbeitsumgebungen noch funktionieren und zusätzlich die Geschicklichkeit menschlicher Finger aufweisen.

Zu starr

Das Wissenschaftsteam hat festgestellt, dass herkömmliche Roboterhände zu starr sind, um physische Einwirkungen absorbieren zu können, schreiben sie in ihrer Studie "Mechanical design, modeling, and identification for a novel antagonistic variable stiffness dexterous finger", die in Frontiers of Mechanical Engineering veröffentlicht wurde. Darin beschreiben sie ihren Ansatz, Aktuatoren zu verwenden, die eine variable Steifigkeit aufweisen.

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Orientiert haben sich die Forscherinnen und Forscher bei der Entwicklung ihres Roboterfingers am menschlichen Körper. Je nach Tätigkeit variiert die natürliche Steifigkeit und Flexibilität der Muskeln. Dies wollen die Forschenden auf ihre Aktuatoren übertragen. Dieser Ansatz für Roboterhände ist allerdings nicht neu. Auch andere Roboterhände verwenden Aktuatoren mit variabler Steifigkeit. Allerdings fallen diese nicht besonders kompakt aus, benötigen sie doch wiederum mehrere Aktuatoren mit entsprechender Mechanik sowie Sensoren, die das System dann anfälliger machen.

Die Forschenden des HIT haben deshalb für ihren Roboterfinger einen antagonistischen Ansatz mit variabler Steifigkeit gewählt, der mit weniger Komponenten auskommt. Angesteuert wird der Finger über ein Zahnradgetriebe. Nach Angaben des Wissenschaftsteams sei dies einfacher herzustellen und zu warten als etwa kabelgesteuerte Fingern. Die Flexibilität des Fingers wird mechanisch passiv durch Federn erreicht. Kräfte, die auf den Finger wirken, können so kontrolliert werden. Die Steifigkeit kann je nach Anforderungen an den Finger verändert werden – also mal härter oder weicher eingestellt sein.

Der erstellte Finger besteht aus Metall und Kunststoffteilen aus dem 3D-Drucker. Insgesamt erreicht er ein Gewicht von 480 g. Dabei können sich die Fähigkeiten des Fingers sehen lassen, wie das Video zeigt. Der Finger ist feinfühlig genug, um auch mit empfindlichen Objekten unterschiedlicher Form und Größe umzugehen. Außerdem kann der Finger hohe Gewichte bewegen. Die Forschenden ließen ihn ein 3 kg schweres Gewicht anheben und senken.

Robuster Roboterfinger

Durch die variable Steifigkeit ist der Roboterfinger robust. In Versuchen schlugen die Wissenschaftler mit einem Hammer auf ihn ein. Der Roboterfinger hielt den Schlägen und anderen Belastungen bei unterschiedlichen Festigkeiten stand.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind jedoch mit dem Einstellbereich der Festigkeit noch nicht zufrieden und wollen ihn in ihrer weiteren Forschungsarbeit verbessern. Auch soll der Finger kompakter werden. Größe und Gewicht wollen sie reduzieren. Danach wollen sie auf dessen Grundlage eine komplette Hand bauen, die Robustheit und Geschicklichkeit kombiniert.

(olb)