Soft-Finger-System ermöglicht Robotern Greifen in trockenen und nassen Bedingungen

Forscher der Kanazawa-Universität entwickeln Reibungskontrolle für Robotergreifer

Ein Forscherteam der Kanazawa-Universität hat ein Roboterkontrollsystem – oder Fingerspitzen – für das Greifen und Loslassen von Objekten in trockenen und nassen Bedingungen entwickelt.

Verifikation: Hohere Reibung durch weiche Flüssigkeitsspitzen kontrollierbar

Die Forscher sagen, die Studie konnte verifizieren, dass „Objektgreifen durch weiche Oberflächen-Flüssigkeitsspitzen mit hoher Reibung durch Auftragen eines geeigneten Schmiermittels kontrollierbar war“.

Sie fügten jedoch hinzu, dass weitere Experimente unter verschiedenen Bedingungen notwendig seien, um die aktuelle Steuerungstechnologie in Fertigungsumgebungen anzuwenden.

Dennoch wird diese Studie als Schritt vorwärts für die Realisierung von Arbeitsautomatisierung erwartet, beispielsweise beim Greifen und Loslassen von Objekten in engen Räumen.

Herausforderung: Konventionelle Roboterhände vs. komplexe/weiche Objekte

Industrieroboter sind jetzt weit verbreitet und unverzichtbar in der Automobilfertigung und anderen Bereichen. Konventionelle Roboterhände eignen sich für das Greifen harter Objekte fester Form, während es nicht einfach ist, komplexe Objekte zu greifen oder weiche Objekte sanft zu greifen.

Es ist auch notwendig, unter verschiedenen Bedingungen auf physikalische Eigenschaften von Objekten zu reagieren wie Oberflächeneigenschaften: trocken, nass, etc.

Vorteile weicher Fingerspitzen

Eine weichoberflächige Fingerspitze einer Roboterhand ist verformbar und kann ein Objekt komplexer Form eher einfach greifen, da der Kontaktflächenbereich durch Oberflächenverformung als Reaktion auf die Objektform vergrößert werden kann.

Weichoberflächige Fingerspitzen sind sehr effektiv beim Greifen weicher Objekte; sogar Tofu kann gegriffen werden.

Problem: Hohere Reibung erschwert Loslassen

Generell ist die Oberflächenreibung weicher Materialien hoch, was das Loslassen erschwert. Es ist auch schwierig, Objekte an gewünschten Positionen loszulassen, besonders wenn der Arbeitsraum eng ist.

Forschungsgruppe unter Professor Tetsuyou Watanabe

Die Forschungsgruppe unter Leitung von Professor Tetsuyou Watanabe an der Kanazawa-Universität forscht seit langem an Steuerungstechnologie für das Greifen von Objekten durch Fingerspitzen von Roboterhänden.

In der vorliegenden Studie zielte die Gruppe auf die Entwicklung eines Reibungskontrollsystems ab.

Methode: Schmiermittel-Injektion zum Loslassen

Die Gruppe nutzte weiche Fingerspitzen einer Roboterhand zum Greifen von Objekten; Loslassen wurde durch Auftragen (Injizieren) eines Schmiermittels erreicht.

In dieser Studie wurde absoluter Ethanol (>99,5 %) als Schmiermittel eingesetzt, da Ethanol chemisch sicher, leicht trocknend und oberflächenspannungsarm ist.

Aufbau der „Flüssigkeitsspitze“

Wie in Abbildung 1 zu sehen, wurde ein Nitrilkautschukfilm an den Seiten der Fingerspitzenbasis befestigt, um einen Raum für Kettensägenöl zu schaffen und eine „Flüssigkeitsspitze“ zu bilden.

Dann wurde eine Silikon-„Textur“ aufgeklebt, um den Kautschukfilm zu beschichten; das Material der „Textur“ war ein Silikondichtstoff mit Schlitzen, deren Abstand 1,5 mm betrug, senkrecht zur Lastrichtung.

Die Schlitze wurden für hohe Reibung unter wassernasser Bedingung und für Schmiermittelverteilung eingeführt.

Ergebnisse: Reibungsreduktion unter trockenen und nassen Bedingungen

Mit dieser Flüssigkeitsspitze wurden Objekte verschiedener Materialien, die für Küchenutensilien verwendet werden, gegriffen und verifiziert, dass bei Auftragen des Schmiermittels die Reibung tatsächlich reduziert wurde.

Die Reibung wurde sowohl unter trockenen als auch nassen Bedingungen reduziert, während ein solcher Schmiereffekt unter öligem Zustand nicht beobachtet wurde.

Simulation: Kartonverpackungsaufgabe

Anschließend wurde eine Kartonverpackungsaufgabensimulation durchgeführt. Ein Pappschachtel wurde mit zwei Flüssigkeitsspitzen von beiden Seiten gegriffen.

Die oben beschriebene „Textur“ wurde auf jede Flüssigkeitsspitze aufgeklebt. Stabiles Greifen wurde durch Auflegen eines Gewichts auf den Karton bestätigt.

Nach Entfernen des Gewichts wurde Schmiermittel in beide Flüssigkeitsspitzen injiziert, was ein nach unten Rutschen des Kartons in recht kurzer Zeit (unter 2,5 s) verursachte, sodass die Kartonverpackungsaufgabe abgeschlossen war.

Fazit: Reibungskontrolle ohne Fingerspitzenbewegung

Wie hier gezeigt, wurde eine „Textur“ hoher Reibung auf die Flüssigkeitsspitze aufgeklebt, und das Injizieren eines Schmiermittels (hier absoluter Ethanol) reduzierte die Reibung.

Dadurch wurde Loslassen und Platzieren eines Objekts an einer gewünschten Position durch Kontrolle der Reibung ohne Bewegen der Fingerspitzen erreicht.