»Bionischer Handling-Assistent« Handhabungstechnik - vom Elefantenrüssel inspiriert

Einem Elefantenrüssel ähnlich funktioniert der »Bionische Handling-Assistent« von Festo.

Festo hat ein frei bewegliches Handhabungssystem entwickelt, das bei einer Kollision mit Menschen sofort nachgibt. Das Unternehmen betrachtet das »Bionischer Handling-Assistent« genannte System als »Durchbruchsinnovation, welche die Handhabungstechnik bis hin zur Mensch-Technik-Kooperation (r)evolutionieren wird«.

Der »Bionische Handling-Assistent« überträgt große Kräfte und dient als präzises Greifwerkzeug. Bei seiner Entwicklung ließen sich die Ingenieure des Esslinger Unternehmens vom Elefantenrüssel inspirieren und analysierten dessen Struktur und Funktionsweise. Außerdem zogen sie neue Fertigungstechniken hinzu. Das Ergebnis ist ein, wie es bei Festo heißt, »vollkommen neues biomechatronisches Handhabungs-System«.

Mit dem »Bionischen Handling-Assistenten« birgt der direkte Kontakt zwischen Maschine und Mensch - ob unabsichtlich oder gewollt - keine Gefahren mehr. Im Falle einer Kollision mit Menschen gibt er nämlich sofort nach, ohne das gewünschte dynamische Gesamtverhalten zu verändern. Anschließend nimmt er seine Bewegung wieder auf. Im Vergleich zu schweren Industrierobotern zeigt er geschmeidigere Bewegungsabläufe mit mehr Freiheitsgraden und einen effizienteren Umgang mit Ressourcen.

Der »Bionische Handling-Assistent« eröffnet Festo zufolge neue Einsatzmöglichkeiten in der Handhabungs-Industrie. Anwenden lässt er sich ferner überall dort, wo Menschen eine gefahrlose maschinelle Unterstützung benötigen, etwa in der Medizintechnik und Rehabilitation, als Hilfsmittel für Behinderte, aber auch in der Landwirtschaft sowie in Privathaushalten und Lerneinrichtungen.

Das Handhabungssystem besteht aus drei Grundelementen zur räumlichen Bewegung sowie einer Handachse mit Kugelgelenk und einem Greifer mit adaptiven Fingern. Die Grundelemente werden aus drei Aktoren gebildet, die kreisförmig angeordnet sind und sich in einem Winkel von drei Grad verjüngen. Jeder Aktor wird an den Schnittstellen der Grundelemente mit Druckluft versorgt. Für die Rückstellung sorgt die schlaufenartige Konstruktion der Aktoren, die nach dem Ablassen der Druckluft wie eine Zugfeder wirkt. Wegmesssysteme erfassen deren Auslängung und dienen zur Steuerung des Systems im Raum. In der Handachse sind drei weitere Aktoren um ein Kugelgelenk angeordnet. Ihre Betätigung verstellt den Winkel des Greifers um bis zu 30 Grad. SMAT-Sensoren detektieren die Wegstrecken und ermöglichen eine präzise Ausrichtung. Für die gesamte Steuerung kommen VPWP-Proportionalwegeventile zum Einsatz. Die Elemente sind flexibel und übertragen große Kräfte bei geringem Eigengewicht.

Laut Festo sind aber erst durch die Nutzung moderner Techniken des Rapid Manufacturing die besonderen Fertigungsvoraussetzungen für den »Bionischen Handling-Assistenten« gegeben. Das Rapid Manufacturing erlaubt die Herstellung individueller, beweglicher Systemteile aus Polyamid, das im Produktionsprozess in dünnen Schichten auf eine Bauplattform aufgetragen wird. Jede Schicht wird mit der darunter liegenden mittels eines Lasers verschmolzen und nur dort ausgehärtet, wo es das Steuerungsprogramm vorgibt. Ein individuelles 3D-Drucken komplexer Produkte ist somit möglich.

Der »Bionische Handling-Assistent« ist nicht das erste technische Konzept, das Menschen vor Zusammenstößen mit Roboterarmen schützen soll, aber ein besonders konsequentes. Das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe beispielsweise hat einen Kraft- und Drehmomentsensor entwickelt, der dafür sorgt, dass Roboterarme Kollisionen mit Menschen oder Gegenständen sofort wahrnehmen und sensibel darauf reagieren. Gedacht ist der Sensor allerdings für konventionelle Industrieroboter-Arme.

Auf der Hannover Messe ist der »Bionische Handling-Assistent« auf dem Festo-Stand D07 in Halle 15 zu sehen.