Neuer Sensor entwickelt: Robotergreifer bekommen mehr Fingerspitzengefühl

Hubert Zangl und ein Team von Forschenden des Institut für Intelligente Systemtechnologien haben gemeinsam mit internationalen Partnern einen taktilen Sensor entwickelt, der Robotergreifer deutlich sensibler macht. Die Technologie mit dem Namen CapTac misst nicht nur Druckkräfte, sondern auch so genannte Scherkräfte – also seitlich wirkende Kräfte, die auftreten, wenn ein Objekt zu rutschen beginnt. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift IEEE Robotics and Automation Letters veröffentlicht.

In der Industrie sind Greifer weit verbreitet – sie sind robust, aber oft wenig feinfühlig. Gerade beim Umgang mit empfindlichen, zerbrechlichen oder schwer zu fassenden Objekten stoßen herkömmliche Systeme an ihre Grenzen. „Greift ein Mensch nach einem Objekt, kann er erkennen: Wie und wie stark kann ich das Objekt greifen? Für Maschinen ist es entscheidend, Kontaktflächen zu erkennen und die Verteilung von Normal- und Scherkräften zu messen, insbesondere dann, wenn es darum geht, zu erkennen, ob ein Objekt rutscht oder ob ein Objekt so empfindlich ist, dass es bei zu starkem Druck Schaden nehmen könnte“, erklärt Hubert Zangl. Er führt weiter aus: „Die präzise Erfassung von Kontaktflächen und -kräften ist ein Schlüsselbaustein für die Weiterentwicklung der Robotik, da sie eine unverzichtbare Grundlage für sicheres Greifen und stabile Kontakte darstellt.“

Die nun neu entwickelte Sensortechnologie CapTac stellt Lösungen für diese Herausforderungen vor. Sie erfasst die Verteilung von Normal- und Scherkräften auf der Greiffläche. Dadurch kann ein Roboter erkennen, ob ein Objekt zu rutschen beginnt oder ob es zu stark gedrückt wird – und entsprechend gegensteuern. Zum Einsatz kommt ein leicht austauschbares, drahtloses kapazitives taktiles Sonsorarray. Hubert Zangl erklärt dazu: „Diese Sensoren nutzen ein kostengünstiges Herstellungsverfahren auf der Basis von leitfähigen, flexiblen Elektroden, die in eine Silikonmatrix eingebettet werden. Die Finger des Greifers sind also weich. Kapazitive Sensoren erfassen die Verformung des Silikons, wodurch Rückschlüsse auf die Kontaktkräfte gezogen werden können.“

Das System könne, so das Forschungsteam, nicht nur in weichen Roboterfingern Anwendung finden. Auch an anderen strategischen Positionen des Roboters könne man die smarte Roboterhaut einbauen und die umfassenden Vorteile nutzen: Die Sensorpads können schnell ausgewechselt werden, die Datenübertragung erfolgt drahtlos und die Technologie ist kostengünstig produzierbar.

(Quelle: Universität Klagenfurt / Institut für Intelligente Systemtechnologien)