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Funktionsweise und Einsatzpotenziale
Für eine sichere und ergonomischere Arbeitswelt der Zukunft
Die Bedienung des BionicCobot erfolgt intuitiv über ein eigens
entwickeltes grafisches User Interface. Mittels Tablet kann der
Anwender die durchzuführenden Aktionen ganz einfach teachen
und parametrieren. Die definierten Arbeitsschritte lassen sich jeder-
zeit per Drag-and-Drop in einer Zeitleiste beliebig aneinander-
reihen. Dabei wird der komplette Bewegungsablauf virtuell ab-
gebildet und parallel simuliert.
Schnittstelle zwischen dem Tablet Interface und dem Festo Motion
Terminal ist die Open-Source-Plattform ROS (Robot Operating Sys-
tem), 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.
Auf Grundlage dieser Koordinaten kann das Motion Terminal über
seine internen Algorithmen den jeweiligen Druck in den Luft-
kammern regeln und damit die Position der einzelnen Achsen
bestimmen. Dabei fließen auch die eingehenden Sensordaten
der sieben Gelenke in Echtzeit in die Aktionen ein.
Aufbau und Antriebskonzept nach natürlichem Vorbild
Der Aufbau des BionicCobot gleicht dem des menschlichen Arms
von der Schulter über Oberarm, Ellbogen, Elle und Speiche bis zur
Greifhand. Wie die Blutgefäße und Nervenstränge im menschlichen
Körper verlaufen die Druckluftleitungen sicher im Inneren der Kon-
struktion und können so nicht abknicken. Sie versorgen die pneu-
matischen Schwenkflügel-Antriebe, die in den sieben Gelenken
des Roboterarms sitzen. In jedem Gelenk sind außerdem zwei
Drucksensoren und ein Absolut-Encoder mit CAN-Bus zur Ermitt-
lung der Positionsdaten verbaut.
Werden die Luftkammern der Antriebe beaufschlagt, bewegen
sich die Schwenkflügel in eine bestimmte Richtung, die sich auf
die integrierten Lagerwellen überträgt. Vom Ellbogen abwärts
sind alle Leitungen bis zum Greifer direkt durch die Wellen ver-
legt. Spezielle Dichtungspatronen ermöglichen diese Drehdurch-
führung von bis zu sechs Kanälen, von denen schließlich zwei
Luftleitungen den Greifer versorgen. Je nach Aufgabenstellung
lassen sich an den BionicCobot unterschiedliche Greifsysteme
anschließen.
Durch die technische Umsetzung des Agonisten-Antagonisten-Prin-
zips lassen sich das Kraftpotenzial und damit auch der Verstei-
fungsgrad des Roboterarms exakt bestimmen. Im so genannten
Balancer-Modus ist der BionicCobot so geregelt, dass er Schwer-
kraft und Nutzlast ausgleicht und eine gewünschte Position un-
mittelbar ruhig halten kann. Der Haltevorgang erfolgt nahezu ener-
giefrei und eignet sich ideal für Montagetätigkeiten.
Sichere Zusammenarbeit und hohe Nutzerakzeptanz
Dem Anwender steht außer dem Tablet Interface noch ein manuel-
les Bedienfeld am Greifgelenk zur Verfügung. Über die Signale der
blauen LED-Beleuchtung an den Gelenken kann der Roboter mit
dem Nutzer kommunizieren – etwa um einen Wartemodus anzu-
zeigen oder Warnhinweise zu senden. Kommt es dennoch zu einer
Kollision, gibt der Roboterarm automatisch nach und stellt keine
Gefahr für den Menschen dar. Durch den Einsatz pneumatischer
Schwenkantriebe kann das System nicht überhitzen. Zudem schaf-
fen die natürlichen Bewegungen des bionischen Roboterarms eine
Vertrautheit beim Anwender, was die Akzeptanz für eine enge Zu-
sammenarbeit steigert.
Vielseitige Einsatzmöglichkeiten zur Entlastung des Menschen
In Zukunft könnte der BionicCobot den Menschen vielerorts bei
monotonen und stupiden oder gar gefährlichen und ungesunden
Bewegungsabläufen entlasten. Er verbessert die Ergonomie am
Arbeitsplatz und steigert die Produktivität. Vor allem in der Pro-
duktion, in Handwerk, Service oder Pflege könnten Arbeitsschritte
mit Hilfe des pneumatischen Leichtbauroboters einfach und wirt-
schaftlich teilautomatisiert werden.
In Zukunft kann das System flexibel erweitert und nach Bedarf
ergänzt werden: etwa durch Sprachsteuerung, Bildverarbeitung,
Infrarot-Tracking oder künstliche Intelligenz. Die speziell entwickel-
ten Softwaretechnologien, wie das User Interface, lassen sich zu-
dem auf andere Roboterkinematiken übertragen.
Da der BionicCobot auch in verschmutzten oder gesundheits-
gefährdenden Umgebungen arbeiten kann, ist er außerdem für
einen Einsatz in der Telemanipulation prädestiniert: Mit Hilfe einer
VR-Brille könnte der Mensch in die Lage versetzt werden, den
Roboterarm so intuitiv wie seinen eigenen Arm zu steuern.
01
02
01:
Intuitive Bedienbarkeit:
mit dem
Tablet Interface kann der Roboterarm
problemlos geteacht werden
02:
Sicherer Umgang:
das manuelle
Bedienfeld und einer der LED-Ringe zur
Kommunikation mit dem Anwender
03:
Ausgeklügeltes Zusammenspiel:
das
neuartige Antriebskonzept des sieben-
achsigen Roboterarms
Ringförmige
LED-Beleuchtung
Drucksensoren-Paar
Luftverteilerplatte mit
QS-Verschraubungen
Lagerwelle mit
Energiedurchführung
Dichtungspatronen
Einstellbare Lager
Manuelles Bedienfeld
Absolut-Encoder
mit CAN-Bus
Pneumatischer
Schwenkflügel
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Festo AG & Co. KG
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BionicCobot: feinfühliger Helfer für die Mensch-Roboter-Kollaboration