Fluidmechanische Arme machen Roboter sicher

Die Arbeitsweise von leichten, schnellen und durch fluidmechanische Antriebe bewegten Roboterarme beschäftigt die Ingenieure von Disney Research in Pittsburgh, USA. Statt konventioneller Elektromotoren treiben flüssigkeits- oder luftgefüllte Systeme aus Zylindern, Kolben und Leitungen den Roboterarm an.

Roboter der industriellen Produktion verfügen über große Kräfte, hohe Beschleunigungen und eine präzise Wegführung ihres Armes. Diese Merkmale stellen eine große Gefahr für Menschen dar, die sich im Arbeitsbereich der Maschinen aufhalten.

Leichte, schnelle und durch fluidmechanische Antriebe bewegte Roboterarme sind für die Ingenieure von Disney Research die Lösung des Problems (1). Flüssigkeits- oder luftgefüllte Systeme aus Zylindern, Kolben und Leitungen treiben den Arm an. Diese Idee ist nicht wirklich neu, stellt sie doch die Grundlage der klassischen Hydraulik, bzw. Pneumatik mit all ihren Vor- und Nachteilen dar.

Das fluidmechanische Prinzip von Disney Research

John P. Whitney und Tianyao Chen von Disney Research bauten ein anderes fluidmechanisches Prinzip auf: (2)

Fluidmechanisches Prinzip

In einer entgegengesetzt wirkenden Anordnung werden die Steuerbewegungen von der linken Seite mit einem doppelten Kolben-/Zylindersystems in Druckänderungen überführt, durch flexible Leitungen auf das rechts befindliche zweite System gleicher Art übertragen und dort in analoge Bewegungen umgesetzt. Den Reibungsverlusten und Leckagen an der Kolbendichtung beugen Whitney und Chen durch flexible, rollende Membranen vor. Sie reiben nicht an der Zylinderwand, sondern legen sich durch den Innendruck immer an sie an. Ihre Vorspannung ist jeweils wechselseitig ausbalanciert, so dass sie keinerlei zusätzliche Antriebsenergie benötigen. Das System kommt mit einem Druck zwischen 7 und 11 bar aus, der mit einer Fahrradluftpumpe leicht erzeugt werden kann. Noch wird die Steuerseite von Hand angetrieben und zeigt eindrucksvoll die unmittelbare Bewegung der angetriebenen Seite. Die Ingenieure sehen aber in der autonomen Bewegung kein grundsätzliches Problem.

Quellen und Verweise:

(1)disneyresearch.com/…/fluid-soft-actuator
(2)spectrum.ieee.org/…/beautiful-fluid-actuators-make-soft-safe-robot-arms

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