Mit der 5-Finger-Greifhand SIH kommt eine robuste und zugleich bezahlbare Greifhand auf den Markt, die verschiedene Greifprozesse ohne aufwendige Programmierarbeit ermöglicht.

Mit der 5-Finger-Greifhand SIH kommt eine robuste und zugleich bezahlbare Greifhand auf den Markt, die verschiedene Greifprozesse ohne aufwendige Programmierarbeit ermöglicht. Schunk

Damit zielt diese Greifhand auf das Einsatzgebiet Service- und Assistenzrobotik. Für diese Aufgabenstellungen zeigt der Hersteller Schunk auch die nächsten Entwicklungsschritte in der Robotik auf.

Während Greifer für die industrielle Automation vor allem auf Robustheit, Langlebigkeit und hohe Leistung für einen einzigen, ständig wiederholten Vorgang mit einem Objekt ausgelegt werden, steht bei Greifhänden der Aspekt der Bewegungsflexibilität im Vordergrund. Dies wird der Fall sein, je enger Mensch und Roboter zusammenarbeiten sollen. Und damit steigen die Einsatzmöglichkeiten für humanoide 5-Fingerhände. „Im Extrem werden sich Mensch und Serviceroboter ein und denselben Arbeitsplatz inklusive aller Werkzeuge und Hilfsmittel teilen“, ist Dr. Martin May, Forschungsleiter Advanced Technologies bei dem Robotik-Zulieferer Schunk, überzeugt. Genau aus diesem Grund hatte der Hersteller von Greif- und Spannsystemen bereits 2017 die 5-Fingerhand SVH als den ersten Greifer von der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung DGUV für den kollaborierenden Betrieb zertifizieren lassen. Mithilfe von insgesamt neun Antrieben können die fünf Finger dieser Greifhand unterschiedlichste Greifoperationen ausführen. Zudem lassen sich zahlreiche Gesten darstellen, wodurch eine visuelle Kommunikation zwischen Mensch und Roboter erleichtert wird und auch die Akzeptanz für den Einsatz im menschlichen Umfeld erhöht werden kann.

auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Die 5-Finger-Greifhand SIH ist mit 5 Motoren ausgestattet und damit wesentlich weniger komplex als das Spitzenmodell SVH mit 9 Motoren.
  • Durch die Betätigung mit Seilzügen ist die Greifhand stark an ihr menschliches Vorbild mit Sehnen und Muskeln angelehnt.
  • Drei ihrer Finger lassen sich unabhängig voneinander bewegen, die beiden kleinsten wiederum gemeinsam im Team.
  • Mithilfe einer intelligenten Greiferregelung können vielfältige Greifprozesse umgesetzt werden, ohne diese exakt programmieren zu müssen.

Greifhand-Roboter arbeiten gut mit Menschen zusammen

„In unseren Forschungsprojekten konnten wir feststellen, dass die menschliche Hand weit mehr ist, als ein hochflexibles Instrument zur Manipulation“, erläutert May. „Im Gegensatz zu industriellen Greifern verknüpfen Anwender mit humanoiden Greifhänden immer auch emotionale Aspekte. Greifhände sind immer dann gefragt, wenn ein Roboter menschliche Handlungsweisen imitieren soll.“ Das betrifft die Manipulation ebenso wie die Gestik. Vor allem haushaltsnahe Anwendungen der Servicerobotik als auch montagenahe Anwendungen der industriellen Assistenzrobotik nimmt Schunk bei seinen Forschungsprojekten in den Blick. „Greifhände machen überall dort Sinn, wo ein Tätigkeitsumfeld auf den Menschen ausgelegt ist, der durch einen Roboter unterstützt werden soll“, sagt May, und nennt als Beispiele dafür industrielle Montagearbeitsplätze, Kommissionier- und Logistikanwendungen, ja sogar den Arbeitsplatz in der heimischen Küche.

Greifhände in unterschiedlichen Varianten

Passend zu Anwendungen mit verschieden hohen Anforderungen an die Greiftechnik hat Schunk verschiedene Greifhände in seinem Produktprogramm, angefangen von einer auf die Grundfunktionen des Greifens reduzierten 2-Fingerhand für die Servicerobotik über die industrietaugliche 3-Fingerhand SDH bis zur komplexen 5-Fingerhand SVH. Das jüngste Modell SIH, verfügt ebenfalls über fünf menschenähnlich aufgebaute Finger, unterscheidet sich jedoch bei Antrieb und Kinematik grundlegend von der komplexen SVH-hand. Während die über neun Motoren angetriebene SVH die typischen Aspekte einer präzise arbeitenden Roboterhand erfüllt, ist die mit fünf Motoren ausgestattete und über Seilzüge betätigte SIH-Greifhand weitaus stärker an ihr menschliches Vorbild mit seinen Sehnen und Muskeln angelehnt. Drei ihrer Finger lassen sich unabhängig voneinander bewegen, die beiden kleinsten wiederum gemeinsam im Team. Damit ist diese Greifhand flexibler einsetzbar als andere Greifhände mit Seilzugmechanik am Markt, zudem ist sie robuster und preisgünstig. Vor allem die Kosten waren laut May eine wesentliche Anforderung bei dem Forschungsprojekt, weil gerade Servicerobotik-Anwendungen im häuslichen Umfeld ein striktes Kostenmanagement erforderten, wenn sie am Markt Erfolg haben sollen.

„Mit humanoiden Greifhänden verknüpfen die Anwender immer auch emotionale Aspekte.“
Dr. Martin May, Forschungsleiter Advanced Technologies bei Schunk

„Mit humanoiden Greifhänden verknüpfen die Anwender immer auch emotionale Aspekte.“
Dr. Martin May, Forschungsleiter Advanced Technologies bei Schunk Schunk

Um das Ziel der bezahlbaren, flexibel einsetzbaren und einfach zu bedienenden 5-Fingerhand zu erreichen, hat Schunk seine Erfahrungen aus der Bionik sowie mit modernen Motoren- und Elektronik-Konzepten eingesetzt. Mithilfe einer intelligenten Greiferregelung können über ein einfach zu bedienendes Interface vielfältige Greifprozesse umgesetzt werden, ohne diese exakt zu programmieren.

Autonomes Greifen als Ziel

Die F&E-Abteilung von Schunk beschäftigt sich nicht nur mit Greifkomponenten, sondern untersucht dort den Greifprozess als Ganzes und sucht nach Wegen, um Handling-Aufgaben autonom zu erledigen. Die aufwendige Programmierung des Roboters, die bislang manuell durch den Anwender oder Integrator erfolgt, soll künftig durch einen lernenden, autonomen Komponentenverbund ersetzt werden. Statt Positionen, Geschwindigkeiten und Greifkräfte Schritt für Schritt einzeln zu definieren, werden intelligente Greifsysteme künftig ihre Zielobjekte über Kameras erfassen und die Greifplanung selbständig übernehmen. Auf Grundlage von Datenbeständen und Algorithmen sollen Greifsysteme in die Lage versetzt werden, Gesetzmäßigkeiten zu erkennen und entsprechende Reaktionen abzuleiten. Darüber hinaus arbeitet die F&E an Algorithmen, um unterschiedliche Geometrien und Anordnungen zu klassifizieren und optimale Greifstrategien zu entwickeln. Greifsysteme sollen in die Lage versetzt werden, Teile eigenständig zu handhaben und die zugrundeliegenden Greifabläufe immer weiter zu verfeinern.

Bei der vor zwei Jahren vorgestellten 5-Fingerhand SVH können die fünf Finger mithilfe von neun Antrieben unterschiedlichste Greifoperationen ausführen.

Bei der vor zwei Jahren vorgestellten 5-Fingerhand SVH können die fünf Finger mithilfe von neun Antrieben unterschiedlichste Greifoperationen ausführen. Schunk

Die Greifqualität selbständig bewerten

Je höher die Varianz der zu greifenden Teile und je komplexer die Aufgabe, desto eher werden auch hier Greifhände zum Einsatz kommen. Über entsprechende Sensorik in den Greiferfingern, den Motorstrom sowie eine in die Greifhand integrierte Intelligenz soll es möglich sein, die Güte eines Griffs zu erfassen, zu bewerten und gegebenenfalls nachzuregeln. Zudem können allein über den Greifer Objektmerkmale, wie etwa die Geometrie, die Größe oder die Nachgiebigkeit erfasst und an übergeordnete Systeme beziehungsweise vor- oder nachgelagerte Stationen übermittelt werden. „Mithilfe von Methoden der Künstlichen Intelligenz wird es zudem möglich sein, Service- und Assistenzroboter intuitiv zu trainieren und individuelle Bibliotheken zur Greifplanung zu erstellen und anzureichern“, ist Martin May überzeugt. „Gerade flexibel nutzbare Greifhände werden dann nicht mehr nur für repetitive Aufgaben eingesetzt, sondern sie können sich fortlaufend an neue Objekte und Zusammenhänge anpassen und ihre Greifstrategien fortlaufend optimieren.“

SPS 2019: Halle 3A, Stand 450