Robotik Roboter mit Fingerspitzengefühl

Von Margit Kuther

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Roboter wirken in ihren Bewegungen oft ungelenk und plump; es fehlt ihnen an Fingerspitzengefühl. Melexis hat nun den Prototyp eines Sensors vorgestellt, der es Robotern ermöglicht, mit empfindlichen Objekten zu interagieren.

Ein Sensor in den Fingerspitzen: so können Roboter besser mit empfindlichen Objekten interagieren.
Ein Sensor in den Fingerspitzen: so können Roboter besser mit empfindlichen Objekten interagieren.
(Bild: Melexis)

Tactaxis ist ein vollständig integrierter, taktiler Sensor, der kompakt und weich ist und den auf seine Oberfläche wirkenden 3D-Kraftvektor ausgibt. Dies verbessert die Hände und Greifer von Robotern und macht empfindliche Vorgänge wie das Pflücken von Obst möglich. Die Technik wurde erfolgreich in einem funktionierenden Prototyp umgesetzt.

Prototyp mit mehreren 3D-Magnetometer-Pixeln

Der Prototyp ist mit mehreren 3D-Magnetometerpixeln ausgestattet, die auf der Triaxis-Technik von Melexis basieren. Der Sensor wird von einem Magneten begleitet, der in ein Elastomer eingebunden ist. Dadurch entsteht eine weiche Kontaktoberfläche, die die Eigenschaften der menschlichen Haut nachahmt.

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Die Anordnung bietet eine hohe Empfindlichkeit, so dass selbst kleine Kraftbeträge eine Reaktion hervorrufen. Die erreichte Kraftauflösung beträgt 2,7 mN, was ausreicht, um Gewichtsveränderungen von einem Bruchteil eines Gramms (ca. 0,3 g) zu erkennen. Der Tactaxis-Prototyp ist sehr kompakt (5 mm x 5 mm x 5 mm) und eignet sich daher für beengte Platzverhältnisse.

Gegen magnetische Streufelder immuner Sensor

Der gradiometrische Ansatz macht den Sensor immun gegen magnetische Streufelder und verhindert mögliche Messfehler. Er ist auch robust genug, um rauen Bedingungen (Temperaturschwankungen, etc.) standzuhalten.

Im Gegensatz zu anderen taktilen Sensoren auf optischer Basis ist Tactaxis vollständig integriert. Daher wird es möglich sein, große Mengen werkseitig kalibrierter Sensoren zu fertigen. Dieser Halbleiterprozess führt auch zu erheblichen Vorteilen hinsichtlich der Kosten und Zuverlässigkeit.

Magnetsensor misst Kontaktkraft genau

Roboter brauchen einen Tastsinn, um empfindliche Objekte zu handhaben. Für solche Anwendungen haben wir einen neuartigen Magnetsensor entwickelt, der die Kontaktkraft genau misst – und dabei robust gegenüber Störungen ist“, erklärt Gael Close, Global Innovation Manager bei Melexis. „Durch unsere Triaxis-Magnetsensoren haben wir bei taktilen Robotersensoren einen bedeutenden Schritt nach vorne gemacht und bieten hier nun eine robuste und wettbewerbsfähige mehrachsige Sensorlösung. Wir werden den Tactaxis-Prototypen nun als Grundlage für die weitere Entwicklungsarbeit nutzen.“

Ein Whitepaper mit Einzelheiten zum Prototyp des magnetischen 3D-Kraftsensors von Melexis wurde durch das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) veröffentlicht: T. Le Signor, N. Dupré, and G. Close, „A gradiometric magnetic force sensor immune to stray magnetic fields for robotic hands and grippers“, IEEE Robotics and Automation Letters, Jan. 2022.

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