Ingenieure verleihen der kommerziellen Robotik einen sanften Touch

Inspiriert von der natürlichen Geschicklichkeit der menschlichen Hand hat ein Team von Ingenieuren der National University of Singapore (NUS) ein rekonfigurierbares hybrides Robotiksystem entwickelt, das in der Lage ist, eine Vielzahl von Objekten zu greifen:von kleinen, weichen und zarten bis hin zu groß, schwer und sperrig. Diese Technologie wird sich voraussichtlich auf eine Reihe von Branchen auswirken, darunter die Lebensmittelmontage, die vertikale Landwirtschaft und die Verpackung von schnelllebigen Konsumgütern, die in den kommenden Jahren zunehmend mehr ihrer Abläufe automatisieren werden.

Unter der Leitung von Associate Professor Raye Yeow vom Department of Biomedical Engineering und dem NUS Advanced Robotics Center verwenden die hybriden Robotergreifer weiche, flexible 3D-gedruckte Finger mit einer rekonfigurierbaren Greiferbasis.

„Die Form, Textur, das Gewicht und die Größe eines Objekts beeinflussen, wie wir es greifen. Dies ist einer der Hauptgründe, warum viele Branchen immer noch stark auf menschliche Arbeit angewiesen sind, um empfindliche Artikel zu verpacken und zu handhaben“, sagte Yeow. „Unsere Hybridroboter-Greifertechnologie revolutioniert traditionelle Pick-and-Place-Aufgaben, indem sie fortschrittliche Funktionen bietet, die es Robotern ermöglichen, sicher mit empfindlichen Gegenständen in verschiedenen Formen, Größen und Steifigkeiten zu interagieren, genau wie die menschliche Hand.“

Greifen ist eine der häufigsten und natürlichsten Aufgaben, die Menschen ausführen, aber für Roboter ist es nicht so intuitiv. Um menschenähnliche Greiffähigkeiten zu erreichen, benötigen Roboter Computer Vision und Deep Learning, um die Art von Objekten vor ihnen sowie deren Ausrichtung zu erkennen. Der Greifer kann dann automatisch entscheiden, wie Objekte am besten aufgenommen und platziert werden, um die Notwendigkeit intensiver menschlicher Eingriffe zu minimieren.

Mit dem Ziel, Robotergreifer zu entwickeln, die so geschickt wie menschliche Hände sind, entwickelte das Team hybride Robotergreifer, die aus drei oder vier weichen Fingern bestehen, die sich bei Bedarf neu konfigurieren können. Die Finger sind luftbetrieben und mit einem neuartigen Verriegelungsmechanismus für einstellbare Steifigkeit ausgestattet. Sie haben drei Arten von hybriden Robotergreifsystemen entwickelt – fast wie drei verschiedene Hände, die in verschiedenen Kontexten nützlich sind.

Der erste ist GourmetGrip, der für die granularsten Aufgaben wie die Handhabung empfindlicher, mundgerechter Snacks oder Lebensmittel, die leicht beschädigt werden können, wie Tofu, geeignet ist und diese in Take-out-Boxen verpackt. Dieser Soft-Handed-Modus ist rekonfigurierbar, sodass er verschiedene Griffposen sowie eine Vielzahl von Platzbeschränkungen berücksichtigen kann. An einem industriellen Roboterarm montiert, kann GourmetGrip Lebensmittel mit einer Geschwindigkeit aufnehmen und platzieren, die mit der eines Menschen vergleichbar ist, und diese Aufgaben rund um die Uhr in einem konstanten Tempo ausführen.

Im Vergleich zu anderen handelsüblichen Greifern ist das GourmetGrip-System in der Lage, die Greifeffizienz um etwa 23 Prozent zu verbessern und Gegenstände schneller und präziser zu halten. Bis heute kann das GourmetGrip-System mehr als 50 verschiedene Lebensmittel wie Pudding, geschnittenen Kuchen, Gemüse und Obst effektiv aufnehmen.

Der zweite Greifertyp ist als UnisoGrip oder Universal Soft Gripper bekannt und die breiter anwendbare Lösung des Teams. Es ist für die Handhabung verpackter Waren entlang einer Montagelinie konzipiert, wenn sie sich normalerweise in der Endphase befinden, in der sie für Versand und Transport in Kartons gelegt werden.

Es ist in der Lage, seinen Greifbereich erheblich zu erweitern, und verfügt über weiche, drehbare Greiferfinger für feinfühliges Greifen sowie einen Vakuumsaugnapf, der es ihm ermöglicht, ungeschickter positionierte Objekte wie die Ecke eines Einkaufsbehälters zu manövrieren.

Im Gegensatz zum GourmetGrip, der einen der menschlichen Hand ähnlichen Greifbereich hat, ist der UnisoGrip deutlich größer und kann Gegenstände mit einer Breite von bis zu 30 Zentimetern und einem Gewicht von bis zu drei Kilogramm handhaben und ist somit vielseitiger im Umgang mit einer Vielzahl von Konsumgütern . Außerdem hat er eine um 20 Prozent höhere Greifeffizienz als andere handelsübliche Greifer. Bis heute kann das UnisoGrip-System über 30 verschiedene Arten von Konsumgütern wie Getränkeflaschen, Kaffeepulverpackungen, nachfüllbare Waschmittelpackungen und mehr aufnehmen.

Der dritte Greifertyp ist vollständig anpassbar, basierend auf den GourmetGrip/UnisoGrip-Plattformen, um sich an spezifische Kundenbedürfnisse und Platzbeschränkungen anzupassen. Dieser Ansatz bietet eine Vielzahl von Greifoptionen, die Objekte unterschiedlicher Formen, Größen und Verpackungsmaterialien handhaben können.

Das Start-up-Unternehmen RO+ des NUS-Teams bietet Handelspartnern verschiedene Möglichkeiten, die Robotergreifsysteme einzusetzen – sie können mit einem Roboterarm gebündelt oder einzeln gekauft werden, da die Greifer für Unternehmen, die bereits über einen Roboterarm verfügen, einfach an handelsüblichen Roboterarmen montiert werden können besitzen. RO+ plant auch, eine 4-in-1-Lösung anzubieten, die den Greifer, den Roboterarm, das Computer-Vision-Modul und das Fördersystem umfasst. Das Team ist auch dabei, die Intelligenz der Greifer durch maschinelles Lernen zu verbessern, wobei das System über eine Online-Bibliothek trainiert werden kann, um das Greifen neuer Gegenstände kontinuierlich zu lernen und zu optimieren.