BionicSoftArm: Modularer pneumatischer Leichtbauroboter

BionicSoftArm

Modularer pneumatischer Leichtbauroboter 

Ob freie und flexible Bewegungen oder definierte Abläufe – dank seines modularen Aufbaus lässt sich der pneumatische Leichtbauroboter für zahlreiche Anwendungen nutzen. In Kombination mit verschiedenen adaptiven Greifern kann er dabei unterschiedlichste Objekte und Formen aufnehmen und handhaben. Gleichzeitig ist er von Grund auf nachgiebig und stellt selbst im Falle einer Kollision keine Gefahr für den Anwender dar.

 

Potenziale für die kollaborativen Arbeitsräume der Zukunft

Damit erfüllt der BionicSoftArm zwei wesentliche Anforderungen der kollaborativen Arbeitsräume von morgen: Die strikte Trennung zwischen der manuellen Arbeit des Werkers und den automatisierten Aktionen des Roboters wird zunehmend aufgehoben. So können in Zukunft Mensch und Maschine gleichzeitig dasselbe Werkstück oder Bauteil gemeinsam bearbeiten.

Das setzt zum einen voraus, dass automatisierte Roboterlösungen unmittelbar und sicher mit dem Menschen interagieren können – ohne dass beide aus Sicherheitsgründen voneinander abgeschirmt werden müssen. Zum anderen werden in diesen offenen Arbeitsräumen vor allem Roboter gefragt sein, die sich dabei flexibel anpassen lassen und sich eigenständig auf unterschiedliche Produkte und Szenarien einstellen.

Größtmögliche Ausführung: der BionicSoftArm mit sieben pneumatischen Aktoren und ebenso vielen Freiheitsgraden
Größtmögliche Ausführung: der BionicSoftArm mit sieben pneumatischen Aktoren und ebenso vielen Freiheitsgraden

Baukastenprinzip mit breitem Anwendungsspektrum

Seine Flexibilität verdankt der BionicSoftArm seinem modularen Aufbau, der sich aus mehreren pneumatischen Balgsegmenten und Drehantrieben kombinieren lässt. Je nach Anforderung kann der BionicSoftArm in der Länge mit bis zu sieben pneumatischen Aktoren variiert werden und ist damit in Reichweite und Beweglichkeit maximal flexibel. Dadurch lassen sich sehr einfach Anwendungen umsetzen, die mit einem Standardroboter schwierig zu realisieren sind.

So kann der BionicSoftArm auch auf engstem Raum um Hindernisse herum arbeiten. Eine direkte Mensch-Roboter-Kollaboration ist ebenso möglich wie der Einsatz in klassischen SCARA-Anwendungen, zum Beispiel Pick-and-Place-Aufgaben. Der Wegfall aufwendiger Sicherheitseinrichtungen wie Käfige oder Lichtschranken verkürzt die Umbauzeiten und ermöglicht so einen flexiblen Einsatz an wechselnden Orten – ganz im Sinne einer wandlungsfähigen und wirtschaftlichen Fertigung.

  • BionicSoftArm

    Klassische SCARA-Anwendung: adaptives Formgreifen in der Horizontalen

  • BionicSoftArm

    Flexibles Assistenzsystem: als helfende dritte Hand in der Montage

  • BionicSoftArm

    Sichere Softrobotik-Komponenten: der BionicSoftArm in Kombination mit der BionicSoftHand

  • BionicSoftArm

    Neuartige Fasertechnologie: das spezielle 3D-Textilgestrick um die flexiblen Balgstrukturen

  • BionicSoftArm

    Grafisches User Interface: zur schnellen Programmierung der Abläufe und zur intuitiven Bedienung

Natürliches Vorbild und bionische Vorgänger

In die Entwicklung des BionicSoftArm ließ das Team des Bionic Learning Network zahlreiche Erkenntnisse und Technologien aus vorangegangenen Projekten einfließen: Wie seine beiden Vorgänger, der Bionische Handling-Assistent und der BionicMotionRobot, ist der BionicSoftArm in seinen Bewegungen und seiner Funktionalität vom Elefantenrüssel inspiriert. Die fließenden Bewegungsabläufe seines natürlichen Vorbilds beherrscht der BionicSoftArm mithilfe seiner pneumatischen Balgstruktur mühelos.

Gezielte Bewegungsdynamik durch 3D-Textilgestrick

Die Faltenbälge bestehen aus robustem Elastomer. Jeder einzelne von ihnen ist mit einem speziellen 3D-Textilgestrick ummantelt, das aus zwei Lagen besteht. Direkt auf den Bälgen liegt ein weiches Gestrick, das diese vor Reibung und Abnutzung schützt. Die hoch festen Fäden darüber sind so orientiert, dass sie eine Ausdehnung der Balgstrukturen in die gewünschte Bewegungsrichtung erlauben und gleichzeitig in die anderen Richtungen begrenzen. Dank dieser neuartigen Fasertechnologie lässt sich erst das Kraftpotenzial der gesamten Kinematik ausschöpfen.

Der BionicSoftArm (rechts) mit seinen beiden Vorgängern, dem Bionischen Handling-Assistenten und dem BionicMotionRobot
Der BionicSoftArm (rechts) mit seinen beiden Vorgängern, dem Bionischen Handling-Assistenten und dem BionicMotionRobot

Intuitive Bedienung am Tablet

Auch die Software-Architektur des BionicSoftArm baut auf vorherigen Projekte des Bionic Learning Network auf: Seine Bedienung erfolgt intuitiv über die Robotic Suite. Das grafische User Interface wurde eigens für die bionischen Leichtbauroboter von Festo entwickelt und kam erstmals beim BionicCobot zum Einsatz. Mittels Tablet kann der Anwender die Aktionen ganz einfach teachen und parametrieren.

Positionsgenaue Bewegungen dank digitalisierter Pneumatik

Umgesetzt werden die Befehle von einem Festo Motion Terminal VTEM, das die Steuerung und Regelung der komplexen Kinematik überhaupt erst möglich macht. Durch die internen Regelalgorithmen seiner Motion Apps und die verbauten Piezoventile lassen sich Durchflüsse und Drücke exakt dosieren und auch in mehreren Kanälen gleichzeitig beliebig variieren. Das ermöglicht sowohl kraftvolle und schnelle als auch weiche und feinfühlige Bewegungsabläufe.    

Schnittstelle zwischen dem Tablet Interface und dem Festo Motion Terminal ist die Open-Source-Plattform ROS (Robot Operating System), auf der die Bahnplanungen der Kinematik berechnet werden. Das ROS interpretiert dazu den eingehenden Code aus dem Tablet und leitet die daraus resultierenden Achskoordinaten an das Motion Terminal weiter.

BionicMotionRobot

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Bionischer Handling-Assistent

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