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September 07, 2021

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Taktile Technologien für Cobots
Taktile Technologien für Cobots

Der Tastsinn

Die Entwicklung von Cobots ist heute bereits so weit fortgeschritten, dass sie sich lediglich in Bezug auf Ihre Soft Skills von ihren menschlichen Mitarbeitern unterscheiden. Es ist eine enorme Herausforderung für Ingenieure, die Entwicklung von Cobots hinsichtlich Fertigkeiten voranzutreiben, die Anpassungsfähigkeit verlangen – beispielsweise Entscheidungsfindung oder Problemlösung – doch solche Fortschritte werden unweigerlich stattfinden. Mithilfe modernster Sensoren, Antriebe und der entsprechenden Software sind Cobots nun in der Lage, physikalische Eindrücke zu verarbeiten und das von ihnen berührte Objekt zu „spüren“ und zu identifizieren.

Vom allerersten Cobot, der 1996 für grundlegende Kommissionieranwendungen konzipiert wurde und bei dem Bewegungswiderstand als Grundlage der Kommunikation mit dem Bediener fungierte, haben kollaborative Roboter bereits ein gutes Stück auf dem Weg zum Ziel zurückgelegt, Menschen bei ihrer Arbeit mit maximaler Sicherheit zu unterstützen. Heute sind sie in der Lage, Objekte und Menschen in ihrer Umgebung mithilfe bildverarbeitender Sensoren zu erkennen und bei unbeabsichtigtem Kontakt ihr Tempo zu reduzieren oder ihre Funktion einzustellen.

Moderne Cobots verfügen außerdem über die Fähigkeit, Korrekturmaßnahmen auszuführen und Risiken zu minimieren, doch die ausgefeiltesten Modelle gehen bei der Imitation des menschlichen (oder menschenähnlichen) Problemlöseverhaltens sogar noch einen Schritt weiter. Berührungsempfindliche Technologien entwickeln sich rasant weiter und erlauben eine Verbesserung der Anwendbarkeit und der Sicherheit von Cobots, und zwar insbesondere im Rahmen anspruchsvoller Anwendungen, bei denen empfindliche Materialien sicher und präzise gehandhabt werden müssen, beispielsweise im Gesundheitsbereich.

Kollisionen vermeiden

Derzeit gibt es mehrere Arten taktiler Sensoren, die in Cobots Anwendung finden, darunter piezoelektrische, piezoresistive, kapazitive und elastoresistive. Piezoelektrische Technologien kommen bei der Erfassung von Daten aus den Gelenken von Cobots und bei ihrer Übertragung an die Steuerungseinheit zum Einsatz. Kapazitive Sensoren dagegen können als Näherungssensoren dienen und Cobots ermöglichen, ihre Geschwindigkeit zu reduzieren, wenn Hindernisse erkannt werden.

Die meisten Detektoren befinden sich an der Außenseite von Cobots, wie beispielsweise Bereichssensoren, mit deren Hilfe die Maschine in der Lage ist, ihr Tempo zu verlangsamen oder stehenzubleiben, wenn sich menschliche Mitarbeiter in ihrer Nähe befinden. Und auch, wenn es nach wie vor zu Kollisionen kommen kann – dank diesen Technologien ist sichergestellt, dass der Aufprall dabei so minimal wie möglich ist. Um die Navigation noch zuverlässiger zu machen, können an der Spitze von Cobot-Armen taktile Sensoren eingebettet werden – analog zum menschlichem Arm – und die Maschinen so dank der Ausstattung mit künstlicher Intelligenz in die Lage versetzen, Kollisionen jederzeit zu vermeiden und sich effizienter zu bewegen.

Präzise Handhabung von Gegenständen

Taktile Sensoren können auch zur Identifikation der Eigenschaften von Objekten eingesetzt werden, ebenso wie zur Erkennung von Defekten und Veränderungen. Beispielsweise zeigen frühe Forschungsergebnisse der USC Viterbi School of Engineering, bei denen zur Simulation des menschlichen Tastsinns taktile Sensoren in leitfähige Flüssigkeit eingebettet wurden, dass ein derart ausgestatteter Roboter zwischen der Textur von Wolle und Baumwolle unterscheiden kann.

Moderne berührungsempfindliche Sensoren sammeln unterschiedliche Informationen über das jeweils untersuchte Objekt, darunter Form, Größe und Textur, und übermitteln ein elektrisches Signal an die Steuerungseinheit. Dann messen sie die tatsächlichen Charakteristika des Gegenstandes, wobei sie präzise Informationen generieren. Dies ist beim Aufspüren von Defekten und bei Fehlererkennung auf tieferer Ebene überaus hilfreich, da so Probleme anhand der Textur von Objekten erkannt werden können.

Diese Sensoren erweisen sich auch als überaus wertvoll bei der präzisen Platzierung von Objekten, beispielsweise beim Laden von Bauteilen in Vorrichtungen zur Maschinenbeschickung. Die berührungsempfindliche Technologie kann die exakte Platzierung der einzelnen Elemente ermitteln und mittels Messung der Steckkraftaufwendung Veränderungen von Position oder Größe der Halbzeuge korrigieren.

Mit einem noch ausgefeilteren Tastsinn können Cobots auch in Anwendungen genutzt werden, in denen sie mit zerbrechlicheren oder verformbaren Objekten interagieren müssen. Eine andere Möglichkeit wäre der Einsatz taktiler Technologie in chirurgischen Cobots, um Präzision und Genauigkeit noch weiter zu steigern. Dazu wäre es notwendig, mehrere taktile Sensoren mithilfe von KI und maschinellem Lernen zu integrieren.

Die Fortschritte im Bereich taktiler Sensoren für Cobots erlauben es Menschen und Maschinen, zunehmend komplexe Aufgaben in einer kollaborativen Umgebung auszuführen und dabei mehr Produktivität und Präzision zu erreichen. Eine flexible Arbeitsumgebung, die sich die Stärken von Automatisierung zunutze macht, ist ein Schlüsselfaktor für erfolgreiche Unternehmen. EU Automation unterstützt die Entwicklung von Automatisierungstechnologien und hilft Herstellern, durch die sichere und rasche Beschaffung von Komponenten Stillstandszeiten zu reduzieren.

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