3 FlexShapeGripper 2 Festo AG & Co. KG Gegenstände aufnehmen, halten und ablegen – seit jeher spielen Greifanwendungen in der Produktion eine zentrale Rolle. Als Impulsgeber der Industrie-Automatisierung ist Festo daher ständig auf der Suche nach neuen Greifprinzipien und innovativen Lösungsansätzen für die Produktionssysteme in der Fabrik von morgen. Eine Inspiration für neues Wissen und zukünftige Technologien ist die Natur. Deshalb hat Festo das Bionic Learning Network ins Leben gerufen. Im Verbund mit Hochschulen, Instituten und Entwicklerfirmen hat sich Festo bereits mehrfach mit den unterschiedlichsten Greifmechanismen nach biologischem Vorbild beschäftigt. Pick-and-Place von verschiedensten Formen In Kooperation mit der Hochschule Oslo und Akershus präsentiert Festo nun einen Greifer, dessen Wirkprinzip von der Zunge des Chamäleons abgeleitet ist. Er kann mehrere Objekte mit unterschiedlichsten Formen in einem Vorgang greifen, sammeln und wieder abgeben – ohne dass ein manueller Umbau notwendig ist. Möglich wird das durch seine wassergefüllte Silikonkappe, die sich flexibel und formschlüssig über das jeweilige Greifgut stülpt. Nach dem Vorbild der Natur Die inhärente Anpassungsfähigkeit an verschiedene Formen verleiht dem FlexShapeGripper seinen Namen. In der Natur lässt sich die einzigartige Kombination von Kraft- und Formschluss der Zunge bei der Jagd des Chamäleons auf Insekten beobachten. Hat das Chamäleon seine Beute im Visier, lässt es seine Zunge wie ein Gummiband herausschnellen. Kurz bevor die Zungenspitze das Insekt erreicht, zieht sie sich in der Mitte zurück, während sich die Ränder weiter vorwärtsbewegen. Dadurch passt sich die Zunge der Form und Größe des jeweiligen Beutetieres an und kann es fest umschließen. Die Beute bleibt an der Zunge haften und wird wie an einer Angelschnur eingeholt. Neue Impulse durch Open Innovation Zu den Zielen des Bionic Learning Network zählt aber nicht nur das Lernen von der Natur, sondern auch das frühzeitige Erkennen und Fördern guter Ideen und deren gemeinsame Umsetzung über Unternehmensgrenzen hinweg. Der Greifer ist ein hervorragendes Beispiel für die enge Zusammenarbeit von Festo mit Hochschulen im Rahmen des Netzwerks. FlexShapeGripper Softes Greifen für unterschiedliche Aufgaben Anstoß für das Projekt war ein Workshop zum Thema Bionik an der Hochschule Oslo und Akershus, bei dem Festo seine aktuellen Forschungsansätze aus dem Bionic Learning Network präsentierte. Zwei der Studierenden ließen sich erst von dem Vortrag und dann von der Natur inspirieren: Im Rahmen ihrer Masterthesis präsentierten sie das bionische Greifprinzip nach dem Vorbild der Cha- mäleonzunge. Gemeinsam mit den Ingenieuren von Festo wurden anschließend das Material, das Design und die pneumatischen Komponenten des Greifers optimiert und der Entwurf zum FlexShapeGripper weiterentwickelt. Technischer Aufbau des Greifers Der Greifer besteht aus einem doppeltwirkenden Zylinder, dessen eine Kammer mit Druckluft befüllt wird, während die zweite dauerhaft mit Wasser gefüllt ist. An dieser zweiten Kammer ist das elastische Silikonformteil montiert, das der Zunge des Chamäleons entspricht. Das Volumen der beiden Kammern ist so ausgelegt, dass die Verformung des Silikonteils ausgeglichen wird. Der Kolben, der beide Kammern voneinander dicht abtrennt, ist mit einem dünnen Stab an der Innenseite der Silikonkappe befestigt. Formschlüssiges Greifen dank Umstülpung Beim Greifvorgang führt ein Handlingsystem den Greifer über das Objekt, sodass er den Gegenstand mit seiner Silikonkappe berührt. Nun wird die obere Druckkammer entlüftet. Der Kolben fährt mittels Federunterstützung nach oben und das wassergefüllte Silikonteil zieht sich nach innen. Gleichzeitig führt das Handling den Greifer weiter über das Objekt. Die Silikonkappe stülpt sich dabei über jedes beliebig geformte Greifobjekt, wodurch ein fester Formschluss entsteht. Das elastische Silikon erlaubt eine präzise Anpassung an sehr viele unterschiedliche Geometrien. Die hohe Haftreibung des Materials erzeugt eine starke Haltekraft. Sowohl der Halte- als auch der Ablösemechanismus sind pneumatisch gelöst. Für den Haltevorgang ist keine zusätzliche Energie notwendig. Die Nachgiebigkeit der kompressiblen Druckluft vereinfacht die Koordination von Handling und Greifer während des Greifvorgangs. Mit Hilfe eines Proportionalventils lassen sich die Kraft und die Verformung des Silikonteiles sehr genau einstellen. Dadurch können in einem Vorgang mehrere Teile auf einmal gegriffen werden. 01: Universeller Einsatz: flexibles Greifen von unterschiedlichsten Objekten 02: Energiefreies Halten: auch beim Sammeln von mehreren Objekten in einem Vorgang 03: Natürliches Vorbild: die formschlüssige Schleuderzunge des Chamäleons 04: Kontrolliertes Sammeln: Aufnehmen und Ablegen nach dem Last-in-first-out- Prinzip 01 02 03 04
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