Greifer mit Fingerspitzengefühl

Artikel vom 23. April 2015  

Greifer mit Fingerspitzengefühl

Ein „Sinnesorgan“ für maschinelle Greifer entwickeln Forscher im Verbundforschungsprojekt KoSiF („Komplexe Systeme in Folie“). Dazu werden flexible elektronische Komponenten in eine dünne Folie eingebettet. Bisher waren solche Sensoren starr und ließen sich deshalb nur schwer auf gekrümmten Oberflächen befestigen.

Das neue System lässt sich dagegen auch auf flexiblen, biegsamen Objekten anbringen. Mit Hilfe dieses intelligenten Sensorsystems sollen die Greifkräfte bis zum Formschluss des Greifers ausgewertet und die Größe des gegriffenen Objekts erkannt werden. Ein Greifer bekommt so „Fingerspitzengefühl“ und kann unterschiedliche Gegenstände gezielter greifen und sensorisch bewerten.

Demonstrator mit adaptivem Greifer entwickelt

Festo beteiligt sich mit mehreren universitären und industriellen Partnern seit Anfang 2013 an diesem Projekt. In der ersten Projektphase entwickelten die Forscher einen Anwendungsdemonstrator namens „Smart Skin 1“. Als Basis diente der adaptive Greifer, der auch im Bionischen Handling-Assistenten von Festo eingesetzt wurde. Er besteht aus drei flexiblen Greiffingern mit Fin Ray Effect®, die sich an verschiedenste Objekte anpassen können. „Das Ziel des ersten Demonstrators ist es, die Greifer mit einer dünnen Folie mit integrierten Dehnungssensoren auf Basis ultradünner Silizium-Chips auszustatten. Diese passen sich an die Formänderung der Greiffinger beim Greifen an", erklärt Stefan Saller, der das Forschungsprojekt bei Festo leitet.

Drei komplexe Foliensysteme

Im zweiten Teil des Projekts wird ein weiterer Demonstrator aufgebaut. Er besteht aus drei funktional getrennten Foliensystemen. Die erste Folie, SmartSense, besteht aus vier ultradünnen Chips zur Dehnungsmessung. "Da der Greifer adaptiv ist, verformt er sich beim Greifvorgang. Dabei tritt eine Dehnung auf, die durch das intelligente Messsystem erfasst und hochpräzise gemessen wird. Gleichzeitig bietet das System weitere Funktionen wie analoge Signalverarbeitung und digitale Operationen", sagt Stefan Saller. Die zweite Sensorfolie, SmartInkSense, basiert auf gedruckten Dehnungsmessstreifen; die dritte Folie namens SmartView trägt ein flexibles Display. Auf diesem lassen sich Informationen wie die Funksignalstärke, der Akkuladestand und der Greifzustand ablesen.

Alle drei Systeme besitzen eine Funkschnittstelle, über die sie Mess- und Konfigurationsdaten zwischen den Sensorfolien und der Basisstation austauschen. Ein ultradünner Steuerchip, der in allen drei Systemen vorhanden ist, steuert die jeweiligen Funktionen. Zusätzlich gibt es eine SPI-Schnittstelle, über die Konfigurationsdaten ausgetauscht werden können.

Planmäßiger Abschluss des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts ist Mitte 2016. Ein mögliches Anwendungsfeld des Greifers ist der Lebensmittelbereich. Durch das kontrollierte adaptive Greifen kann er beispielsweise Feldfrüchte sicher ernten. Aber auch im industriellen Umfeld gibt es vielfältige Anwendungen, die durch die besonderen Eigenschaften eines solchen adaptiven Greifers profitieren können.

Wie der Greifvorgang überwacht wird, zeigt das folgende Video (Quelle: Festo, Würth Elektronik, IMS Chips):

Titelbild oben: Festo, Würth Elektronik, IMS Chips