Die Natur zum Vorbild

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Robuste Industrie-Steuerung ist Gehirn des Assistenten

Gehirn des Systems ist ein Mehrachscontroller von Festo, die Industrie-Steuerung CMXR-C2. Diese Robotersteuerung harmoniert bereits mit den so genannten Tripoden von Festo: komplexe mechatronische Handhabungssysteme mit elektrischen Linearachsen zum schnellen Bewegen von Kleingütern. Sie ist robust und macht das Programmieren leicht durchführbar. Gerade in der automatisierten Kleinserienfertigung ist das von Nutzen, da hier schnell Prozesse dynamisch verändert und korrigiert werden müssen.

Für die Druckregelung der Kammern im dreiteiligen Arm des Bionischen Handling-Assistenten setzt Festo auf Piezoventile, die beispielsweise in Fahrzeugen für mehr Sitzkomfort sorgen. Damit erreichte das Entwicklerteam eine ganz gezielte Druckluftnutzung, weniger Druckluftverbrauch und folglich eine erhebliche Kostenersparnis sowie einen optimierten Einbauraum im Vergleich zu anderen Ventilen. Ebenfalls im Einsatz sind genormte Sensoren von Festo, die die Position der einzelnen Bauteile exakt erfassen und der Steuerung rückmelden.

Die aktuelle Version des Bionischen Handling-Assistenten wurde im Vergleich zu vorherigen Versionen um Sprachsteuerung und Bilderkennung erweitert. Damit kann das Assistenzsystem eigenständig und ohne Programmieraufwand oder Handbedienung Objekte greifen. Eine miniaturisierte Kamera im Greifermodul erfasst den Arbeitsraum, erkennt Zielobjekte, folgt ihnen und löst zum richtigen Zeitpunkt den Befehl aus, zuzugreifen. Für die Spracherkennung nutzen die Ingenieure von Festo ein Interface zur Steuerung: Über die definierte Befehlsammlung greift, reicht und bewegt das System die Objekte – einfach und sicher.

Neben dem Bionischen Handling-Assistenten haben die Ingenieure des Festo Bionic Learning Network weitere energieeffiziente Greifprinzipien aus der Natur abgeschaut und in die Automatisierungstechnik übertragen. So sind die saugnapfähnliche Elemente des NanoForceGripper dem natürlichen Vorbild des Geckos nachempfunden. Sie haften sicher und dauerhaft an den Flächen des Greifgutes. Verantwortlich dafür ist eine Folie an der Unterseite mit 29.000 Haftelementen pro cm²: die Gecko Nanoplast-Folie. Den festen Halt verursachen winzige, zwischenmolekulare Anziehungskräfte – die so genannten Van-der-Waals-Kräfte.

Ein einmal gegriffenes Teil wird dauerhaft vom Greifer gehalten, ohne Energie zu erfordern. Einzig das Lösen der Verbindung beim Ablegen des Greifgutes muss durch eine entsprechende Gegenkraft herbeigeführt werden. Das Ablösen gelingt durch eine Struktur mit Fin Ray Effect, die der Schwanzflosse von Fischen nachempfunden ist: Eine Push-Push-Mechanik setzt Federkräfte frei, die die gerade Haltefläche verbiegen. Die mit Folie belegte Haltefläche wird dabei immer kleiner und löst das Greifgut sanft ab.

Energiefreies Halten und energieeffizientes Greifen sind ein Novum für Greifer, die mit einer Push-Push-Mechanik arbeiten. Vor allem das energiefreie Halten von Gegenständen war bislang unmöglich gewesen. Der NanoForceGripper greift empfindliche Gegenstände mit glatten Oberflächen, wie zum Beispiel Gläser oder Displays, nahezu ohne Energieaufwand.

Erst die Symbiose aus Pneumatik, Handhabungstechnik, Sensorik, Steuerungs-und Regelungstechnik sowie Bionik ließ die Innovationen des Bionischen Handling-Assistenten oder des nanoForceGrippers zu.

Im Engineering-Prozess war es Voraussetzung, auf zuverlässige Komponenten zu bauen. Aus diesem Grund griffen die Entwickler zu den erwähnten Querschnittstechnologien und bewährten Industriekomponenten, die in der Kombination präzise, platzsparend und energieeffizient arbeiten. (jv)

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