Greifsysteme heute
Herausforderungen und Chancen
Aufgrund jüngster technologischer Fortschritte sind Roboter in der Lage, viele der Aufgaben zu erledigen, die traditionellerweise ausschließlich mit der menschlichen Hand in Verbindung gebracht werden. Einige der aktuellsten Entwicklungen im Bereich Greifer sind die sogenannten Soft Robotics und anthropomorphe Roboterhände. Sie verleihen der kalten Maschine Roboter-Feinfühligkeit und Geschicklichkeit.
(Bild: ©August Phunitiphat/shutterstock.com)
Der stetige Fortschritt bei Greifsystemen bietet Herstellern große Vorteile in puncto Präzision, Leistung und Produktivität. Sie können das Endeffektorwerkzeug für Pick&Place-Anwendungen oder zum Verpacken von Objekten einsetzen. Greifer können gefährliche Materialien ohne Sicherheitsrisiken für Mitarbeiter handhaben und repetitive Aufgaben übernehmen, die bei Menschen zu Verletzungen aufgrund wiederholter Belastung führen könnten. Auf dem Markt werden die unterschiedlichsten Greifer für verschiedenste Anwendungen angeboten. Eine der grundlegendsten Greiferformen, die üblicherweise zum Aufheben von Gegenständen verwendet wird, sind zwei Greifbacken, die sich parallel bewegen. Doch tatsächlich gibt es mittlerweile eine ganze Reihe unterschiedlicher Greiferdesigns wie z.B. Balg-, O-Ring- und Nadelgreifer. Greifsysteme unterscheiden sich nicht nur in Bezug auf die Bauart , sondern auch in puncto Antriebssysteme: Sie können hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch sein. Trotz der zahlreichen heute am Markt verfügbaren Greifer gibt es nach wie vor eine Menge Aufgaben, die für Roboter schwierig auszuführen sind. Typische industrielle Greifer wurden für spezielle Aufgaben entwickelt, weshalb sie nicht besonders vielseitig einsetzbar sind. Neben industriellen Greifsystemen haben sich Universitäten und Forscher mit der Entwicklung von Technologien beschäftigt, die die menschliche Hand imitieren. Diese waren schwierig zu entwickeln, kostenintensiv und wiesen einen hohen Energieverbrauch auf. In der jüngeren Vergangenheit haben Techniker auf der ganzen Welt im Bereich Robotergreifsysteme große Fortschritte erzielt. Heute gibt es erschwingliche, energieeffiziente und flexible Technologien, mit denen sich viele der traditionellen Herausforderungen überwinden lassen.
Die neue Sanftheit
Historisch gesehen war es für Roboter immer schon schwierig, zerbrechliche Gegenstände mit dem richtigen Kraftaufwand zu manipulieren. So müssen z.B. Roboter, die in Nahrungsmittel- und Getränkeunternehmen Früchte handhaben, dazu in der Lage sein, die Frucht fest genug zu halten, dass sie nicht aus dem Greifer rutscht, und gleichzeitig sanft genug damit umgehen, dass sie dabei nicht gequetscht oder beschädigt wird. Die menschliche Hand ist gekennzeichnet durch eine gewisse Weichheit, die ihr einen nachgiebigen Kontakt ermöglicht, indem die Finger sich der Oberfläche von Gegenständen anpassen. Diese Fähigkeit ist jedoch keine typische Eigenschaft von Robotergreifern, die üblicherweise aus Metall oder anderen harten Materialien bestehen. Eine weitere Herausforderung für Robotergreifer ist die Anpassung an das, was sie wahrnehmen – wieder etwas, das für uns Menschen ganz natürlich ist. Allerdings arbeiten zahlreiche Unternehmen daran, diese Hürde zu überwinden, um die Anwendungsmöglichkeiten von Robotern in Umgebungen auszuweiten, in denen zerbrechliche Gegenstände manipuliert werden müssen. Ein Teilgebiet der Robotik, genannt Soft Robotics, beschäftigt sich mit Robotern, die aus nachgiebigen Materialien bestehen und starke Anleihen bei lebenden Organismen nehmen, wie bei den Tentakeln eines Tintenfischs oder den Fingern der menschlichen Hand. Ubiros, ein Startup-Unternehmen in diesem Bereich, hat einen elektrisch angetriebenen Greifer namens Gentle entwickelt. Dieser Greifer ist bei der Handhabung von Gegenständen so sanft, dass er Blumen in einer Vase arrangieren kann, ohne sie dabei zu beschädigen. Der elektrische Antrieb bietet präzisere Kontrolle als bisher übliche pneumatische Systeme.
Besser als die menschliche Hand
Eine weitere bedeutende Herausforderung in der Entwicklungsgeschichte von Greifsystemen war die Geschicklichkeit. Zahlreiche traditionelle Greifer bestehen aus zwei oder drei Fingern aus steifen Materialien. Diese sind zwar für Pick&Place-Aufgaben durchaus effizient, doch für komplexere Manipulationsaktivitäten oft nicht geeignet. Um Robotern die Fähigkeit zum Ausführen von Aufgaben zu verleihen, die mehr Geschicklichkeit erfordern, haben Techniker an der Entwicklung von Technologien gearbeitet, die stärker an der menschlichen Hand orientiert sind. Ein Beispiel in diesem Kontext ist die RBO Hand 2, ein System mit fünf Silikonfingern, das der menschlichen Hand nachempfunden ist und von den Forschern an der Technischen Universität Berlin entwickelt wurde. Die Finger werden durch Druckluft gesteuert und können entsprechend der Anforderungen einer bestimmten Aufgabe gebeugt und gestreckt werden. Dieses Design ermöglicht die Ausführung komplexer Geometrien, die mechanische Anpassung an die Form beliebiger Gegenstände und äußerst geringe Aufprallenergie. Auch Shadow Robot zählt zu den Unternehmen, die die Entwicklung von Soft Robotics vorantreiben. Das Unternehmen hat sich auf die Bereiche robotisches Greifen und Manipulieren spezialisiert und entwickelte die Dexterous Hand, die über 20 steuerbare Freiheitsgrade, absolute Positionserfassung und sensible Berührungssensoren verfügt. Sie eignet sich daher für automatisierte Aufgaben, für die eine starke Annäherung an die Fähigkeiten der menschlichen Hand nötig ist.
