Ein Greifer, so flexibel wie die Natur, ist komplex und teuer. Durch die Symbiose aus KI-gestützter, bionischer Optimierung am digitalen Zwilling und Fertigung im 3D Druck kann man jetzt schnell maßgeschneiderte Greifer für eine ganz bestimmte Zielanwendung realisieren. Solche Greifer sind zuverlässig, anspruchslos, kostengünstig, wiederverwertbar und auch für sensible Objekte und Mensch-Roboter Kollaboration geeignet.

Möchte man hochspezialisierte Produkte in kleinen Stückzahlen wirtschaftlich herstellen, dann führt kein Weg am 3D Druck vorbei. Eine rasant wachsende Fülle an Materialien und Herstellungsverfahren führt zu immer neuen Anwendungsmöglichkeiten. Innovative Hersteller befeuern dabei die Trends zu nachwachsenden Rohstoffen, Recycling und ressourcenschonendem Materialeinsatz.

Dieses Potential lässt sich nur erschließen durch Entwicklungsprozesse, die vollständig digitalisiert und hochautomatisiert sind. Unser Workflow demonstriert das Potential am Beispiel eines Softgreifers für empfindliche Objekte. Ein bionischer Optimierer ermittelt zunächst ein naturnahes Design. Diese Vorlage wird in ein simples Stabmodell überführt, das mit einfachsten Rechnern schnell simuliert werden kann. Ein KI-Algorithmus optimiert das Design hinsichtlich der spezifischen Kriterien des Greifers. Aus dem optimalen Stabmodell wird automatisch ein Finite Elemente Modell erstellt, das als realitätsnaheste Form des digitalen Zwillings die Funktionen prüft. Hieraus werden die CAD Daten generiert, die - in Zellen zerlegt - dem 3D Drucker als Bauplan dienen. Für den Softgreifer nutzt der Hersteller Voxeljet den High Speed Sintering Prozess und ein thermoplastisches Polyurethan (TPU), das ab einer bestimmten Last automatisch nachgibt. So lassen sich steife und softe Bereiche im Greifer aus einem Material realisieren. Solche Greifer können beim Handling von Lebensmitteln oder anderen sensiblen Objekten eingesetzt werden.

Sensorik

Eine Ausrüstung mit Sensorik, Beleuchtung und Kameras wertet den Greifer endgültig zum Smart Product auf. Im Beispiel wird durch Ultraschall Abstandsmessung das Objekt detektiert und der Greifer rechtzeitig geöffnet. Auch Bilderkennung für Sortieranwendungen ist denkbar.

Aktorik

Im dargestellten Video treibt ein Linearmotor den Greifer an, der mitsamt Steuerplatine in einem 3D-gedruckten Gehäuse untergebracht ist. Hier wurde auf eine kompaktere Lösung bewusst verzichtet zugunsten einer Aktorik mit langen Fahrwegen für verschiedene Greifertypen.  Alternativ ließe sich auch ein Elektrozylinder einsetzen.

Greifer

Verschiedene Greiferkonzepte bedienen unterschiedliche Anforderungen und verbessern den Design-Workflow durch neue Herausforderungen.

Team

• Thomas Frommelt: Team Lead, Entwicklung Workflow, Designkonzept, Animation und Bilder

• Nico Längst: Greiferimplementierung am Roboter

• Simon Dietrich und Andreas Wiedholz: Robotik Labor

• Andreas Muxel: Designkonzept, Videoaufnahmen, CMS

Support

• Martina Manhart: CMS

• Patrick Leimer: Virtuelles Greiferdesign

• Tobias Grün (Voxeljet): Greiferfertigung

• Dorian Spiegelhauer: Videoaufnahmen, Schnitt

Organisationen