Exoskelett ermöglicht sichere Zusammenarbeit mit Cobot

In vielen Fabriken arbeiten Mensch und Roboter bislang nacheinander. Der Roboter übernimmt einen Arbeitsschritt und übergibt anschließend an die Mitarbeitenden. Diese Trennung dient vor allem der Sicherheit. „Das kann etwa bei der Qualitätsprüfung von Bauteilen anstrengend werden, die immer wieder hochgehoben und abgesetzt werden müssen“, sagt Forscher Federico Masiero vom Lehrstuhl für Intelligente Bio-robotische Systeme der TUM School of Computation, Information and Technology.

Das am Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence (TUM MIRMI) entwickelte System WearaCob – eine Kurzform aus Wearable und Collaborative – kombiniert ein Schulter-Exoskelett mit einem kollaborativen Roboterarm. Ziel ist es, das Heben und Tragen von Bauteilen zu erleichtern und gleichzeitig eine enge Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter zu ermöglichen, wie aus der Mitteilung hervorgeht.

So unterstützt das Exoskelett die Muskulatur

Das Exoskelett wird wie ein Rucksack getragen. Ein Elektromotor auf der Rückseite zieht über reißfeste Drähte an den Armen und übernimmt einen Teil der Arbeit, die normalerweise der Bizeps leisten muss. Der Cobot ergänzt diese Unterstützung. Nimmt er ein Werkstück auf, kann er dessen Gewicht erfassen und diese Information per Funk an das Exoskelett übertragen. Die Unterstützung wird anschließend automatisch an das Gewicht des Bauteils angepasst. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass sich der Aufwand für die Muskulatur um bis zu 65 % reduzieren lässt.

„Um auch mit asymmetrischen Bauteilen zurechtzukommen, bestimmt der Roboter zudem deren Schwerpunkt“, erläutert Forscher Masiero. „Vorteil: Es ist möglich, den einen Arm mehr zu unterstützen als den anderen, die Belastungen also auszubalancieren.“

Auch ohne Roboter lässt sich das Schulter-Exoskelett einsetzen. Dabei wird üblicherweise die Muskelaktivität des Oberarms gemessen, um die benötigte Unterstützung zu bestimmen. Diese Methode arbeitet mit einer Abweichung von 0,5 bis einem Kilogramm, erfordert jedoch das Anbringen von Sensoren vor jedem Einsatz, was für den Fabrikalltag weniger praktikabel ist.

Greifen mit Gefühl und Kraft

SoftGripping hat in einem ZIM-geförderten Projekt eine kraftflussoptimierte Fingergeometrie für pneumatische Balggreifer entwickelt. Die GorillaFinger-Serie ermöglicht schnelles, schonendes Handling empfindlicher Lebensmittel, von Filets und Backwaren bis hin zu Salatköpfen oder Wassermelonen – auch bei hoher Last und engem Bauraum.

Friederike Krüger

Vorteile für die Produktion

Der eingesetzte Roboter ist ein einarmiger Cobot mit sieben Gelenken. Dadurch ist er beweglich und für die Zusammenarbeit mit Menschen ausgelegt. Nähert er sich einer Person, reduziert er automatisch seine Geschwindigkeit. Nach Angaben der Forschenden lässt sich der Roboter zudem besonders einfach programmieren. Statt Programmcode zu schreiben, wird der Roboterarm direkt von Hand geführt.

„Wir konnten nicht nur zeigen, dass man die Kolleginnen und Kollegen in der Fabrik gezielt entlasten kann, sondern auch, wie einfach es ist, dem Cobot etwas beizubringen“, erläutert Prof. Lorenzo Masia. „Wir können ihn programmieren, indem wir den Roboterarm führen. Es ist keine einzige Zeile Code nötig. Das ist ein riesiger Vorteil gegenüber vielen Robotern, die aktuell in Fabriken abgeschirmt von Menschen zum Einsatz kommen.“

Welche Rolle spielt WearaCob künftig?

Mit WearaCob demonstriert die Technische Universität München eine Lösung, bei der Exoskelett und Cobot ihre jeweiligen Stärken kombinieren. Während das Exoskelett die körperliche Belastung reduziert, liefert der Roboter zusätzliche Informationen über Gewicht und Schwerpunkt eines Bauteils. Dadurch können beide Systeme ihre Unterstützung aufeinander abstimmen und Arbeitsabläufe in der Produktion erleichtern.