Kraftsensor für feinfühlige Roboter

In Produktionshallen sind Roboter alltäglich. Allerdings arbeiten sie bisher in geschützten Bereichen, um Menschen durch ihre Bewegungen nicht zu gefährden. Ein kostengünstiger, robuster Kraftsensor macht den Roboter nun sensibel für eventuelle Kollisionen.

Der Arm des Industrieroboters nähert sich unaufhaltsam dem Mitarbeiter. In seine Arbeit vertieft, bemerkt dieser es jedoch nicht – eine brenzlige Situation. Doch kaum berührt der Roboter den Menschen leicht, zieht sich der stählerne Arm zurück. Diese Vision könnte bald Realität werden: mit einem kostengünstigen Kraft- und Drehmomentsensor, den Forscher am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe entwickelt haben.

Aufgeklebt auf einer Stahlplatte, dem Transducer, lässt er sich zwischen Arm und Greifer schrauben. „Wir erwarten, dass unsere Sensoren bei entsprechender Massenproduktion deutlich günstiger sind als herkömmliche Kraftsensoren. Daher eignen sie sich für einen breiten Einsatz“, sagt Jörg Eichholz, Abteilungsleiter am ISIT.

Mit den Sensoren bestückt, wären die technischen Gehilfen sicher genug, um den Arbeitsplatz mit ihren menschlichen Kollegen zu teilen. Der Sensor misst die Kräfte und Drehmomente, die der Roboterarm ausübt. Er ist aus einem einzigen quadratischen Stück Silizium gefertigt. An jeder Seite sind Brücken eingearbeitet, auf denen sich elektrische Widerstände befinden, die wie ein Dehnungsmessstreifen arbeiten. Stößt der Roboterarm gegen ein Hindernis, verändert sich die Form des Siliziums minimal – genauer gesagt, um wenige Mikrometer. Die Folge: Es fließt mehr oder weniger Strom, je nachdem ob die Brücke gedehnt oder gestaucht worden ist.

Die Sensoren helfen auch bei der Roboterprogrammierung: Im Lernmodus misst der Sensor die Kraft, mit der der Mitarbeiter den Roboterarm führt. Anstatt die Koordinaten der Bewegung aufwändig in den Rechner einzugeben, kann der Mitarbeiter den Roboter einfach am äußeren Werkzeug führen und ihm so die Bewegungsabläufe zeigen.

Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT
Jörg Eichholz
joerg.eichholz@isit.fraunhofer.de
www.isit.fraunhofer.de