SENSORIK 27. Jun 2019 Carmen Klingler-Deiseroth

Feingefühl kann man lernen

Die Roboterhersteller versprechen, dass Werker und Roboter in den Fabriken bald Seite an Seite arbeiten. Voraussetzung ist allerdings die Sensorik, die verhindert, dass Menschen durch Automaten zu Schaden kommen. Ein neues Prinzip zur Momentenmessung funktioniert kabellos.

Der Sensor macht die Welle: Sollen sich Mensch und Roboter den Arbeitsplatz teilen, kommt der Sensorik eine Schlüsselrolle zu.
Foto: NCTE

Ein zentrales Thema auf der Hannover Messe vom 13. bis 17. April wird die Kollaboration von Mensch und Roboter am Arbeitsplatz sein. Besonders in der Montage – im Automobilbau oder in der Elektronikindustrie – sollen Roboterarme oder Assistenzsysteme Werker bei monotonen, gefährlichen, ergonomisch ungünstigen und schweren Arbeiten unterstützen, ihnen Bauteile reichen, Hand in Hand mit ihnen arbeiten.

Im Vordergrund steht die Sicherheit des Menschen, wie Thomas Dietz, Experte für Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), hervorhebt: „Die eigentlichen Gefahrbringer für den Menschen müssen erfasst werden. Das ist die Kraft, die ein Roboter auf den Menschen ausübt, der Druck und die Verformung des Gewebes.“ Damit komme das Messen von Kräften auf die Agenda.

DREHMOMENTSENSOREN MACHEN ROBOTER FEINFÜHLIG

Nur Drehmomentsensoren, wie sie im LBR iiwa von Kuka, Augsburg, verbaut werden, können die Kräfte in einem Roboterarm wirklich messen. „Abgesehen von der Sicherheit können Drehmomentsensoren Roboter auch feinfühlig machen und damit neue Anwendungen erschließen oder neue Formen der Zusammenarbeit mit dem Menschen – zum Beispiel durch Handführen – eröffnen“, erläutert Dietz. Roboter sollen Dinge tun, zu denen sie heute nicht fähig sind.

Zwei Jungunternehmer haben sich nun zusammengetan, um Lösungen für sensitive Roboter anzubieten. NCTE aus Unterhaching hat serientaugliche Drehmomentsensoren entwickelt, Synapticon aus Filderstadt einen Baukasten, mit dem die Software für vernetzte, sensorbasierte Bewegungssteuerungen entwickelt werden kann.

Wer Drehmomentsensoren hört, denkt vielleicht zunächst an Forschungseinrichtungen oder Prüfstände fernab der Serienreife, oder an aufwendige Aufbauten mit Dehnmessstreifen und Kupferwicklungen.

Dass solche Sensoren auch einfacher gebaut, kostengünstig, robust und langlebig sein können und vor allem das Drehmoment berührungslos messen, das hat NCTE herausgefunden. „Wir nehmen eine Welle, die der Kunde sowieso braucht, zum Beispiel in einem Roboterarmgelenk, und konvertieren diese zu einem Sensor. Für die Elektronik brauchen wir dann nur noch ein paar Kubikmillimeter“, beschreibt NCTE-Vorstand Jens Müller den Aufbau des Kraftsensors.

Zauberei soll es nicht sein, sondern einfach nur angewandte Physik. Dem Messprinzip liegt der seit rund 150 Jahren bekannte Villari-Effekt zugrunde, dem inversen Effekt der Magnetostriktion – das klingt sperrig. Dahinter steckt, dass sich das Magnetfeld eines Gegenstandes bei dessen Deformation verändert.

DIE WELLE WIRD ZUM SENSOR

Um diesen Effekt auszunutzen, magnetisiert oder codiert das Unternehmen die Welle mit zwei Spuren unterschiedlicher Polarität. Die Magnetisierung soll dabei so gering sein, dass noch nicht mal feinste Eisenspäne angezogen werden. Der Welle selbst sei nach diesem Prozessschritt nichts anzumerken, wie Müller hervorhebt: „Die Welle sieht nachher genauso aus wie vorher, wiegt genauso viel und ist auch genauso belastbar wie vorher.“

Somit wird die Welle zum Primärsensor, der so robust ist, dass er sich für die Luftfahrt eignet, wie Liebherr Aerospace anhand von Langzeitstabilitätstests nachgewiesen hat. Mit bis zu 50 000 Messwerten pro Sekunde soll die Sensorwelle abtastbar sein und somit kurze Reaktionszeiten bei Sicherheitsabschaltungen mit sich bringen.

Die Auswertung und Aufbereitung von Drehmomentdaten ist einer der Schwerpunkte von Synapticon. Um die Produktentwicklung effizienter und einfacher zu machen, hat das Start-up die webbasierte Entwicklungsumgebung Oblac entwickelt. Mit dieser Hard- und Software-Plattform kann ein Produktentwickler losgelöst von der Mechanik Anwendungssoftware für vernetzte, sensorbasierte Motorsteuerungen entwickeln. Hat er sein System aus Sensoren und Motoren zusammengestellt, soll er sich gleich auf seine Software-Anwendung konzentrieren können wie zum Beispiel die Bewegungsplanung eines Roboterarms oder eine andere Intelligenzfunktion.

Erst wenn der Anwender von der Lösung überzeugt ist, kauft er die Hardware dazu. „Damit stellen wir die Art und Weise, wie Embedded-Systeme entwickelt werden auf den Kopf und sparen über 50 % an Entwicklungszeit“, sagt Nicolai Ensslen, Mitgründer, President & CEO von Synapticon.

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