Elefantenrüssel als Vorbild für Roboterarm

Der bionische Roboterarm ISELLA des Fraunhofer IPA soll Verletzungsrisiken vermeiden und den Geldbeutel schonen.

Ein Elefantenrüssel ist aufgrund seiner rund 40.000 Muskeln äußerst beweglich. Die Dickhäuter drücken damit Bäume um, können aber auch sehr feinfühlige Bewegungen machen. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA nahmen sich den Rüssel zum Vorbild. „Der weiche und bewegliche Elefantenrüssel lieferte uns die Idee für den bionischen Roboterarm ISELLA“, sagt Harald Staab vom IPA.

Ellbogengelenk des Roboterarms ISELLA. Um ihn außen weich und sicherer zu machen, wird er später mit einem gepolsterten Strumpf überzogen. Foto: Fraunhofer IPA
Ellbogengelenk des Roboterarms ISELLA. Um ihn außen weich und sicherer zu machen, wird er später mit einem gepolsterten Strumpf überzogen. Foto: Fraunhofer IPA
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Bisherige Roboterarme haben nur einen Antrieb pro Gelenk. Daher bergen sie Verletzungsgefahren für die nebenstehenden Menschen, etwa wenn sie sich bei Störungen unkontrolliert bewegen. Um diese Gefahr auszuschalten, hat ISELLA zwei Antriebe pro Gelenk. Jeder Antrieb hat einen Gegenspieler, so dass bei Störung des einen der andere eine unkontrollierte Bewegung des Gelenks verhindert.

„Im Gegensatz zu pneumatischen und hydraulischen Antrieben funktioniert unser Roboterarm mit einem einfachen und preisgünstigen Muskelantrieb – aus einem kleinen Elektromotor mit Antriebswelle und einer Spezialschnur“, erläutert Staab. Die Schnur ist wie eine Sehne zwischen zwei zueinander beweglichen Teilen befestigt. Die Antriebswelle wird an der Schnurmitte festgemacht. Wenn sie sich dreht, wickelt sich die Schnur in Form einer doppelten Helix von beiden Seiten auf. Die Forscher sprechen von DOHELIX.

„Die Welle ist etwa so dünn wie die Schnur und bricht trotzdem nicht. Dadurch gibt es eine große Übersetzung wie bei einem Getriebe“, so Staab weiter. Erreicht haben die Forscher dies durch extrem reißfeste und flexible Materialien. DOHELIX ist wesentlich preisgünstiger und energieeffizienter als ein Getriebe. Die Zugkraft beträgt ein Zigfaches des Eigengewichts. Das Antriebsprinzip des DOHELIX eignet sich für alle Größenordnungen – vom Mikrometermuskel bis zum Lastenheben im Containerhafen. (dsc)

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