RoboSkin

Flexibles haptisches Sensorsystem für adaptive Servicerobotik

Projektförderung

Hintergrund

Industrieroboter haben seit ihrer Erfindung vor über 60 Jahren die Handhabung, Montage und Bearbeitung von Werkstücken revolutioniert. Seit Beginn des Jahrtausends übernehmen neuartige Serviceroboter vermehrt Dienstleistungen, die anstelle eines, oder in Ergänzung zum Menschen, durchgeführt werden. Diese Entwicklung spiegelt sich auch in den Verkaufszahlen wider: Seit 2003 steigen die weltweiten Einsatzzahlen von Servicerobotern im Schnitt um über 20 % jährlich. Besonders die haptische Wahrnehmung (Tastsinn) von Servicerobotern ist bislang jedoch nicht ausreichend erforscht. So existieren zwar kommerzielle Lösungen zur punktuellen Ermittlung von Abstand, Druck- und Kraftwerten, es fehlen aber industrietaugliche Lösungen zur Messung der Druck- und Kraftverteilung sowie zur Abstandsdetektion mit hoher räumlicher Auflösung auf beliebig komplexen Oberflächen. Die Regelung eines Greifvorganges komplexer Bauteile sowie die Interaktion von Mensch und Maschine mittels räumlich hochauflösender Sensorik stellen hierbei zwei denkbare Anwendungsszenarien dar.

Abb.1: Schematischer Aufbau des Kommunikationsmoduls.

Vorgehen

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird durch das Drucken flexibler und anwendungsspezifischer Sensorhäuten in Kombination mit einer modularen Sensordatenauswertung an einem ganzheitlichen Sensorsystem geforscht. Dabei findet eine funktionale Trennung des Systems in vier Teilkomponenten statt. Die Sensorhaut stellt Sensorrohdaten bereit, welche von einem Sensorcontroller gesammelt werden. Durch eine Auswahl verschiedener Filter und Berechnungsmethoden werden die Rohdaten in Abhängigkeit des Anwendungsfalles in dem am ISW entwickelten Kommunikationsmodul weiterverarbeitet. Dabei kommen hardwarebeschleunigte und hochperformante Algorithmen zum Einsatz, um unter Berücksichtigung der Echtzeitanforderung aus einer Vielzahl von Messwerten höherwertige Sensordaten wie beispielsweise die Position des Kraftschwerpunktes einer Berührung zu generieren. Unter Verwendung innovativer OPC UA Datenmodelle werden die aufbereiteten Daten daraufhin verschiedenen Kommunikationsschnittstellen zur Verfügung gestellt. Durch die Nutzung von Ethernet mit TSN werden die kommunizierten Sensordaten mit einer großen Bandbreite verschiedener Steuerungen kompatibel sein. Gleichzeitig können die Daten in der IT für Visualisierungen und zur Dokumentation genutzt werden.

Abb.2: Schematische Darstellung zum Aufbau und den Komponenten des Sensorsystems.

Erwartete Ergebnisse

Die Funktionalität des gesamten Sensorsystems wird anhand zwei Anwendungsszenarien validiert. Zur Demonstration der maximal möglichen Sensordichte bei kleinen Messkräften und gleichzeitig hoher Komplexität der Sensorfreiformflächen wird die Sensorhaut an den Greifer eines Haptikroboters montiert. Um die Breite des Anwendungsspektrums aufzuzeigen, wird zudem die Transportfläche eines Fahrerlosen Transportfahrzeuges mit der Sensorhaut bestückt. Dies wird die Planung einer in Abhängigkeit der Ladungsverteilung optimalen Bahntrajektorie ermöglichen und somit Transportzeit einsparen.

Abb.3: Visualisierung (grün) der Sensordaten eines 5-Finger Greifers.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt  Wolfgang Bubeck
M.Sc.

Wolfgang Bubeck

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Echtzeitkommunikation und Steuerungshardware"

Zum Seitenanfang