Roboterarm mit menschlicher Bewegungsdynamik

Artikel vom 31. März 2017 

BionicCobot

Bei vielen Tätigkeiten in der Produktion wünscht man sich eine dritte Hand. Zum Beispiel muss beim Löten in der einen Hand der Lötkolben und in der anderen der Lötdraht gehalten werden und für das Werkstück ist keine Hand mehr übrig. Genau bei solchen Assistenztätigkeiten kann der BionicCobot von Festo unterstützen und als „dritter Arm“ oder „dritte Hand“ den Mitarbeiter entlasten. Er kann das Werkstück greifen, halten, drehen – was auch immer für den jeweiligen Anwendungsfall benötigt wird.

Der BionicCobot von Festo ist ein siebenachsiger Leichtbauroboter, der ausschließlich mit pneumatischen Schwenkantrieben bewegt wird. Sein Bewegungsverhalten ist dem des menschlichen Arms nachempfunden. Wie sein biologisches Vorbild macht er sich den natürlichen Wirkmechanismus der Muskeln Bizeps und Trizeps zunutze – und zwar nicht nur in einem, sondern in allen sieben Gelenken. Durch das Antriebskonzept und seine ausgeklügelte Regelungstechnik kann sich der Roboterarm wie der menschliche Arm ganz gezielt und je nach Situation kraftvoll und schnell, aber auch sensibel und nachgiebig bewegen.

Nachgiebigkeit als großer Vorteil des pneumatischen Roboters

Eine wichtige Eigenschaft der Pneumatik – und damit auch des pneumatischen Roboterarms – ist ihre systemeigene Nachgiebigkeit. Sie entsteht, weil sich die Luft  in den Antriebskammern komprimieren lässt. Beim BionicCobot führt dies zu einem entscheidenden Vorteil gegenüber Robotern, die beispielsweise mit Getriebemotoren bewegt werden. Unmittelbar bei einer Kollision mit einem Hindernis wirkt die besagte Kompressionsfähigkeit der Luft. Der Roboter verhält sich demnach immanent nachgiebig und trägt zu einer gewissen Sicherheit  bei. Der Positionsregler des BionicCobots wird naturgemäß das eigentliche nachgiebige und schwingungsfähige pneumatische System versteifen. Da jedoch der Regler erst einige Zeit nach einer Kollision wirkt, wird das Gefährdungspotential im Kollisionsfall abgemildert.

Da beim BionicCobot jede Antriebskammer der sieben Achsen separat mit einem Ventil betrieben wird, besteht die Möglichkeit das Druckniveau jeder Achse individuell einzustellen. Somit können die Drehmomente jedes einzelnen Gelenks je nach Anwendungsfall geregelt werden. So kann der Roboter auch Aufgaben erfüllen, bei denen er kraftvoll sein muss. Zum Beispiel, wenn er einen Gegenstand in einer bestimmten Position halten oder eine Gegenkraft aufbringen soll.

Im Gegensatz zu einer kraftvollen Bewegung können die Drehmomente aber auch exakt so eingestellt werden, dass der Roboter „sich selbst“ und das Werkstück halten kann. Die Schwerkraft des Roboters ist je nach Stellung des Arms unterschiedlich. Diese wird mathematisch berechnet und   entsprechend ausgeglichen. Dadurch kann vom Bediener die Greiflast quasi schwerlos geführt werden.

Typischer Anwendungsfall für den BionicCobot: Er kann beim Löten das Werkstück halten
Typischer Anwendungsfall für den BionicCobot: Er kann beim Löten das Werkstück halten

Komplexe Regelungs- und Steuerungstechnik

In den Gelenken des BionicCobot sind pneumatische Antriebe verbaut, die den Roboter bewegen. In den Achsmodulen sind zudem Sensoren eingebaut, die den Gelenkwinkel und den Druck zur Erfassung der Kammerdrücke messen. Die nötige Regelungs- und Steuerungstechnik ist zwar komplex, ermöglicht jedoch eine sogenannte Bahnfolgeregelung, die bei der Standardpneumatik nicht möglich ist: Eine gewünschte Bewegung wird in der Robotik meist in sogenannten Greiferkoordinaten geplant und in Gelenkwinkel umgerechnet. Die Einzelbewegungen der sieben Gelenke des BionicCobot werden dadurch so koordiniert, dass der gesamte Roboterarm die gewünschte Bewegung ausführt. So kann der BionicCobot bei vielen Assistenztätigkeiten – als dritte Hand – unterstützen.