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Im Fokus - Mai 2013
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Die SDH-2 vereint die Vorteile industrieller Greifer mit denen der menschlichen Hand.
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02.05.2013 -
Um Prüfprozeduren, Montagevorgänge, Kanban-Prozesse oder Tätigkeiten im Haushalt zu automatisieren, braucht es flexibel einsetzbare Greifsysteme. Neuartige Leichtbauarme und Greifhände bahnen Robotern den Weg ins unmittelbare Umfeld des Menschen.
Wer erinnert sich nicht an die Diskussionen, die die Einführung digitaler Kameras seinerzeit mit sich brachte. Heute scheinen all die Bedenken, Vorbehalte und Ängste wie verflogen: Unbekümmert und wie selbstverständlich nutzen selbst kleine Kinder oder technisch unbedarfte Senioren die digitalen Technikwunder. Eine ähnliche Entwicklung sagen Robotik-Experten dem Bereich der Servicerobotik voraus. Statt wie Industrieroboter in klar abgegrenzten Zellen zu agieren, können Serviceroboter sich frei im Raum bewegen und den Menschen bei unterschiedlichsten Aufgaben unterstützen. Hierzu ist ein vielschichtiges technisches Zusammenspiel erforderlich: Lasermess- und Bildverarbeitungssysteme sorgen für eine berührungslose Wahrnehmung der Umwelt. Winkel-, Drehmoment- sowie Drucksensoren erfassen Kräfte, Momente und Drücke und ermöglichen auf diese Weise, dass sich ein Roboter autonom bewegen und kraftschlüssige Manipulationsaufgaben erledigen kann.
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Mit der geschickten 3-Fingerhand sind unterschiedlichste Greifvarianten möglich.
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Modularität als Erfolgsfaktor
Da Servicerobotiklösungen in der Regel mobil eingesetzt werden, müssen deren Komponenten leicht, Platz sparend und genügsam im Energieverbrauch sein. An die eingesetzten Greifsysteme werden hohe Anforderungen gestellt: Über eine mechatronische Integration müssen die Module so aufeinander abgestimmt werden, dass ein schlüssiges Gesamtkonzept entsteht. Dabei ist es ideal, wenn Module mit gleichartigen mechanischen und elektrischen Schnittstellen in unterschiedlicher Anordnung so miteinander verbunden werden können, dass sich eine Vielzahl individueller Arbeitsräume, Geometrien und Kinematiken realisieren lässt, ohne die Kosten in die Höhe zu treiben. Ein Pionier auf diesem Gebiet ist der Kompetenzführer für Spanntechnik und Greifsysteme SCHUNK. Innerhalb seines Modulprogramms für mechatronische Greifsysteme gibt es bereits heute zahlreiche Greifer und Handhabungskomponenten, die diesen Anspruch erfüllen. Sie lassen sich in industriellen Anwendungen ebenso einsetzen wie in Mess- und Prüfapplikationen oder in Assistenzsystemen, die Menschen im Alltag unterstützen.
Am Beispiel der elektromotorisch angetriebenen, modular aufgebauten Greifhand SDH-2 von SCHUNK wird deutlich, was bereits heute möglich ist. Sie ist die weltweit erste Industriegreifhand mit Fingerspitzengefühl. Das vielseitig einsetzbare Modul verfügt über sieben unabhängige Freiheitsgrade und kann ohne Umrüstzeiten unterschiedlichste Objekte greifen und positionieren. Mit ihrer 24 Volt DC-Energieversorgung eignet sie sich ideal für den mobilen Einsatz in der Servicerobotik. Bei der Entwicklung wurden die Vorteile industriell eingesetzter Robotergreifer mit den Vorteilen der menschlichen Hand vereint. Die SDH-2 verfügt über drei identische, zweigliedrige Finger. Zwei dieser Finger lassen sich an ihrer Wurzel bewegungsgekoppelt um 90 Grad in entgegengesetzte Richtung drehen. Damit beherrscht die Greifhand unter anderem die industriellen Greifarten "Dreifinger zentrisch", "Zweifinger parallel" und "Zylindergriff" sowie viele weitere Variationen. Die Gelenkmodule können Drehmomente von bis zu 2,1 Nm für das proximale bzw. 1,4 Nm für das distale Gelenkmodul erzeugen, was nahezu den Werten der menschlichen Hand entspricht.
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Taktile Sensoren ermöglichen einen feinfühligen und zugleich sicheren Griff.
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Feingefühl dank taktiler Sensoren
Sechs taktile Sensorfelder erfassen ortsaufgelöst die entstehenden Kontaktkräfte an den Greifflächen. Mit ihnen ist die Hand in der Lage, unterschiedlichste Objekte zu identifizieren und auch einander ähnliche Teile sicher und feinfühlig zu handhaben. Die Hand ermöglicht auf diese Weise ein reaktives Greifen, weil Sensoren erkennen, ob ein Objekt optimal gehalten wird oder ob der Griff korrigiert werden muss. Zudem ist sie in der Lage, unterschiedlichste Objekte zu positionieren und beispielsweise anschließend zu fügen. Die Intelligenz des Greifmoduls steckt in der "Handwurzel": Die für die jeweiligen Greifszenarien erforderliche Steuerungsstrategie kann als dezentrales Programmmodul in den Speicher der Handelektronik geladen werden. Auch mechanisch weist die Greifhand eine Reihe von Besonderheiten auf: So sind die Fügestellen und Gelenke statisch beziehungsweise dynamisch gedichtet und so gegen Staub und Feuchtigkeit geschützt. Um ein hohes Maß an passiver Sicherheit zu gewährleisten, hat die Hand weder Ecken noch scharfe Kanten. Spezielle Drehdurchführungen innerhalb der gedichteten Finger schützen die gesamte Verkabelung. Greifgeschwindigkeit und Greifkraft lassen sich aufgaben- und prozessspezifisch so programmieren, dass vom Greifen keine Gefahren ausgehen. Stößt dennoch einmal ein Finger an ein Hindernis, so erkennen die Antriebe in der Hand innerhalb von Millisekunden eine dadurch steigende Leistungsaufnahme und die Hand reagiert entsprechend.
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Der LWA 4P ist ein kräftiger und geschickter Helfer für die Servicerobotik.
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Wendige Arme
Für schlüssige Greifkonzepte in der Servicerobotik müssen auch die übergeordneten Systeme, wie etwa die Greifarme, die besonderen Anforderungen der Mensch-Maschinen-Kooperation erfüllen. So hat SCHUNK mit dem Powerball Lightweight Arm LWA 4P einen kompakten Helfer für stationäre und mobile Anwendungen standardisiert, der besonders wendige Bewegungen ermöglicht. Zentrale Elemente des Leichtbauarms sind drei "Powerball-Module", die die Bewegungen zweier Achsen miteinander vereinen. Die komplette Steuer- und Regelelektronik ist in die Gelenkantriebe integriert. Position, Geschwindigkeit und Drehmoment sind flexibel regelbar. Weil die Versorgungsleitungen für Greifer und Tools komplett im Inneren verlaufen, entfallen störende und fehleranfällige Kabel an der Peripherie. Dank integrierter Intelligenz, universellen Kommunikationsschnittstellen und Kabeltechnik für Datenübertragung und Spannungsversorgung kann der Arm schnell und einfach in bestehende Steuerungskonzepte eingebunden werden. Zugleich verfügt die Steuerung über eine vollständige CoDeSys-SPS, die auch ohne Anlagenanbindung komplexe Operationen ermöglicht und bei Bedarf die komplette Peripherie steuern kann. Über ein Handbediengerät mit Touch-Display lässt sich der Leichtbauarm einfach teachen oder instruieren. Eine 24 V DC Versorgung ermöglicht mobile Einsätze sowie Einsätze an wechselnden Standorten. Konsequenter Leichtbau und Torquemotoren der neuesten Generation drücken den Energiehunger des Leichtbauarms auf durchschnittlich 80 W. Bei einem Eigengewicht von 12 kg kann der LWA 4P Lasten bis 6 kg dynamisch handhaben. Die ausgeklügelte Konstruktion des Leichtbauarms verhindert, dass es zu riskanten Quetsch- und Scherbewegungen kommt und bietet damit optimale Voraussetzungen für den Einsatz im unmittelbaren Umfeld des Menschen. Um die besonderen Anforderungen barrierefreier Mensch-Maschine-Arbeitsräume zu erfüllen, kann die Steuerung mit einer speziellen Leistungsbegrenzung ausgestattet werden. Diese gewährleistet, dass die maximale Leistungsaufnahme über den gesamten Greifprozess auf ein Höchstmaß begrenzt wird. Werden je nach Anwendung und Gefährdungsanalyse wenige einfache und kostengünstige Schutzeinrichtungen ergänzt, können sich Mensch und Leichtbauarm den Arbeitsraum teilen.
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05.2013
Fast so talentiert wie die menschliche Hand
Um Prüfprozeduren, Montagevorgänge, Kanban-Prozesse oder Tätigkeiten im Haushalt zu automatisieren, braucht es flexibel einsetzbare Greifsysteme. Neuartige Leichtbauarme und Greifhände bahnen Robotern den Weg ins unmittelbare Umfeld des Menschen.
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04.2013
SCHUNK Greifer setzen seit 30 Jahren Maßstäbe
1983 brachte der Kompetenzführer für Spanntechnik und Greifsysteme SCHUNK den weltweit ersten standardisierten Industriegreifer auf den Markt. Die "Industriehand", so die damalige Bezeichnung, war der Ausgangspunkt für eine rasante Entwicklung bei Greifsystemen, die bis heute anhält.
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03.2013
Präzise bis ins kleinste Detail
Ob Formenbau, Dentaltechnik, Medizintechnik, Uhren-, Schmuck- oder optische Industrie - die Zahl der hochpräzisen Anwendungen im Bereich der Mikrozerspanung ist in den vergangenen Jahren enorm gestiegen. Wer mit filigranen Werkzeugen, hohen Spindeldrehzahlen und extremen Präzisionsanforderungen effizient umgehen will, braucht Spannsysteme, die auch in Grenzbereichen prozessstabil arbeiten.
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02.2013
Greifbar mehr Lebensqualität
Serviceroboter eignen sich für unterschiedlichste Einsatzzwecke. Sie können Sprengkörper entschärfen, Kühe melken oder Fußböden saugen. Im professionellen Bereich werden sie nach Einschätzung von Experten künftig immer häufiger als Assistenzroboter zur unmittelbaren Unterstützung des Menschen eingesetzt - in der Industrie ebenso wie in Pflege und Rehabilitation.
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01.2013
Handarbeit - vom Roboter gemacht
Montieren, entgraten, polieren - Schritt für Schritt gelingt es, komplexe Aufgaben, die früher ausschließlich von Hand erledigt wurden, auf den Roboter zu übertragen. Technologisch ausgereiftes Roboterzubehör spielt dabei eine wichtige Rolle.
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