Feinfühlige Roboter

Ein Kraftsensor (Quadrat Mitte) sorgt dafür, dass Roboter Kollisionen unverzüglich wahrnehmen. Der Sensor ist auf einer Stahlplatte befestigt und kann so an das äußere Gelenk des Roboterarms geschraubt werden. Ein Kraftsensor (Quadrat Mitte) sorgt dafür, dass Roboter Kollisionen unverzüglich wahrnehmen. Der Sensor ist auf einer Stahlplatte befestigt und kann so an das äußere Gelenk des Roboterarms geschraubt werden. Bild: Fraunhofer ISIT

In Produktionshallen sind Roboter alltäglich. Allerdings arbeiten sie bisher in geschützen Bereichen, um Menschen durch ihre Bewegungen nicht zu gefährden. Ein kostengünstiger, robuster Kraftsensor macht den Roboter nun sensibel für eventuelle Kollisionen.

Der Arm des Industrieroboters nähert sich unaufhaltsam dem Mitarbeiter. In seine Arbeit vertieft, bemerkt dieser es jedoch nicht - eine brenzlige Situation. Doch kaum berührt der Roboter den Menschen leicht, zieht sich der stählerne Arm zurück. Diese Vision könnte bald Realität werden: mit einem kostengünstigen Kraft- und Drehmomentsensor, den Forscher am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe entwickelt haben. Er sitzt am äußeren Gelenk des Roboterarms: Aufgeklebt auf einer Stahlplatte, dem Transducer, lässt er sich zwischen Arm und Greifer schrauben. "Wir erwarten, dass unsere Sensoren bei entsprechender Massenproduktion deutlich günstiger sind als herkömmliche Kraftsensoren. Daher eignen sie sich für einen breiten Einsatz", sagt Jörg Eichholz, Abteilungsleiter am ISIT. Mit den Sensoren bestückt, wären die technischen Gehilfen sicher genug, um den Arbeitsplatz mit ihren menschlichen Kollegen zu teilen. Bisher ist dies aus Sicherheitsgründen nicht erlaubt.

Der Sensor misst die Kräfte und Drehmomente, die der Roboterarm ausübt. "Er funktioniert ähnlich wie ein Dehnungsmessstreifen: Dessen Kernstück ist ein langer Draht, durch den elektrischer Strom fließt. Dehnt sich der Draht, wird er länger und dünner - der Widerstand steigt, es fließt also weniger Strom", sagt Eichholz. "Unser Sensor ist aus einem einzigen quadratischen Stück Silizium gefertigt. An jeder Seite haben wir Brücken eingearbeitet, auf denen sich elektrische Widerstände befinden." Stößt der Roboterarm gegen ein Hindernis, verändert sich die Form des Siliziums minimal - genauer gesagt, um wenige Mikrometer. Die Folge: Es fließt mehr oder weniger Strom, je nachdem ob die Brücke gedehnt oder gestaucht worden ist. Da der Sensor nur aus einem einzigen Stück Silizium besteht, ist er weniger fehleranfällig als herkömmliche Sensoren. Üblicherweise kleben die Hersteller die Widerstände einzeln auf, sie sitzen daher oft etwas ungenau. "Das kann bei unserem Sensor nicht passieren, die Widerstände sind präzise ausgerichtet", sagt der Experte. Die Baugröße des Sensorsystems ist variabel.

Die Sensoren helfen auch bei der Roboterprogrammierung: Im Lernmodus misst der Sensor die Kraft, mit der der Mitarbeiter den Roboterarm führt. Anstatt die Koordinaten der Bewegung aufwändig in den Rechner einzugeben, kann der Mitarbeiter den Roboter einfach am äußeren Werkzeug führen und ihm so die Bewegungsabläufe zeigen. Auf der Messe Sensor und Test vom 26. bis 28. Mai in Nürnberg stellen die Forscher einen Prototypen des Sensors vor (Halle 12, Stand 491).

Quelle: Informationsdienst Wissenschaft e.V.