RoboSkin

Flexibles haptisches Sensorsystem für adaptive Servicerobotik

Projektförderung

Hintergrund

Industrielle Roboter 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 fortgeschritten. 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 Freiformflächen.

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Abb.1: Schematische Darstellung zum Aufbau und den Komponenten des Sensorsystems.

Vorgehen

Ausgehend von den vom Sensorcontroller generierten Sensordaten findet im Kommunikationsmodul eine Weiterverarbeitung der Messdaten statt, damit diese über vorhandene Kommunikationsschnittstellen (TSN, OPC UA) an die Maschinensteuerung übermittelt werden können.
Dabei kommen hardwarebeschleunigte, hochperformante Algorithmen zum Einsatz, um unter Berücksichtigung der Echtzeitanforderungen aus der Vielzahl von Messwerten höherwertige Sensordaten zu generieren. Zudem wird ein vollständiges Datenmodell der Sensorgeometrie und der Kinematik des Roboters benötigt, um beispielsweise auf das Berühren der Sensorfläche durch eine geeignete Bewegung reagieren zu können.

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Abb.2: Aufbau des Kommunikationsmoduls

Zielsetzung/Ergebnisse

Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines neuartigen Sensorsystems zur Messung von Druck-, Kraftverteilungen und Abstand. Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung der folgenden Komponenten:

  • Flexible Sensorhaut für beliebige Oberflächen und Geometrien mit hoher räumlicher Auflösung, skalierbarer Messauflösung und kostengünstiger Fertigung.
  • Sensorcontroller zur Ansteuerung der Sensorhaut und zum Auslesen der Sensormessdaten.
  • Kommunikationsmodul zur echtzeitfähigen Auswertung der Sensordaten und Schnittstelle für die Kommunikation mit der Maschinensteuerung.

Erwartete Ergebnisse

Der Nachweis der Funktionalität des im Rahmen dieses Projekts entwickelten gesamtheitlichen Sensorsystems soll anhand von zwei unterschiedlichen Anwendungsszenarien erbracht werden.
Zur Demonstration der maximal möglichen Sensordichte bei kleinen Messkräften und gleichzeitig hoher Komplexität der Sensorfreiformflächen soll die Sensorhaut an den Greifer eines Haptikroboters montiert werden.
Um die Breite des Anwendungsspektrums aufzuzeigen, wird zudem die Transportfläche eines Fahrerlosen Transportfahrzeuges mit der Sensorhaut bestückt. Dies soll die Planung einer in Abhängigkeit der Ladungsverteilung optimalen Bahntrajektorie ermöglichen.

 

Ihr Ansprechpartner

Wolfgang Bubeck
M.Sc.

Wolfgang Bubeck

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Echtzeitkommunikation und Steuerungshardware"

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