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Roboter mit Fingerspitzengefühl

Zwei Arme, drei Kameras, Fingerspitzengefühl und Mimik - das sind die Kennzeichen des pi4-Workerbot. Da er ähnliche Proportionen wie ein Mensch hat, lässt sich der Roboter an jedem modernen Arbeitsplatz der industriellen Fertigung einsetzen. Der Workerbot, entwickelt von der Firma pi4-Robotics mit Unterstützung vom Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK in Berlin, soll helfen, die Produktion in Europa wettbewerbsfähig zu halten.

Den Workerbot und seine Arbeit - die Montage eines kleinen Getriebes - beschreibt das Fraunhofer IPK folgendermaßen: Vorsichtig nimmt der Roboter das Zahnrad in die eine und das Gehäuse in die andere Hand. Dann steckt er die beiden Teile zusammen. Da sie nicht gleich einrasten, unterbricht er seine Bewegung. Langsam dreht er das Zahnrad ein kleines Stück zurück. Jetzt lässt es sich ohne Widerstand in der Halterung bewegen. Er legt die erfolgreich zusammengesteckte Verbindung auf das Laufband. Dem pi4-Workerbot gelingt motorisch vieles, was normale Roboter nicht können. Die Entwicklung sei das Glanzstück des mit europäischen Mitteln geförderten PISA-Projekts, erklärt das Institut. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, mithilfe von Robotern bei Montageaufgaben einer industriellen Massenfertigung flexibler zu sein.

"Wir haben den Workerbot so entwickelt, dass er ähnliche Proportionen wie ein Mensch hat", sagt Dr.-Ing. Dragoljub Surdilovic, Arbeitsgruppenleiter am Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK in Berlin. So lasse sich der Hightech-Helfer an jedem modernen Stehsitzarbeitsplatz der industriellen Fertigung einsetzen. Der Roboter ist mit drei Kameras ausgestattet. Die Umgebung erfasst er mit einer hochmodernen 3D-Kamera in der Stirn. Zu Inspektionszwecken dienen die beiden anderen Kameras. Die Bandbreite seiner Fähigkeiten ist groß: "Er kann Gegenstände vermessen oder unterschiedliche Oberflächen inspizieren", erklärt Matthias Krinke, Geschäftsführer von pi4-Robotics, dem Unternehmen, das den Workerbot auf den Markt bringt. Über die Reflektion des Lichts auf dem Material erkenne der Roboter, ob die Chromschicht auf einem Werkstück makellos aufgetragen wurde. "Wenn man zwei unterschiedliche Kameras einsetzt, kann er mit dem linken Auge einen anderen Aspekt prüfen als mit dem rechten", erläutert Krinke. Zudem ist der Workerbot in der Lage, Bauteile 24 Stunden lang zu inspizieren. Das ist in Bereichen, in denen es auf Präzision ankommt, besonders wichtig.

Eine weitere Besonderheit des pi4-Workerbot: Er verfügt über zwei Arme. "Das erlaubt neue Arten von Bewegungsabläufen", betont Surdilovic. "Die Roboter können ein Werkstück von einer Hand in die andere reichen." Etwa, um kompliziert gebaute Teile aus allen Winkeln zu betrachten. "Konventionelle Roboterarme haben meist nur ein einziges Drehgelenk in der Schulter, alle anderen Gelenke sind Knickgelenke. Das heißt, sie verfügen über sechs Freiheitsgrade und nicht über sieben wie der menschliche Arm." Der Workerbot hat neben dem Drehgelenk in der Schulter eine zusätzliche Drehmöglichkeit, die dem Handgelenk beim Menschen entspricht.

Die Arbeitsgruppe von Surdilovic arbeitete die Steuerung aus. "Eine besondere Herausforderung war es, das Zusammenspiel der beiden Arme zu ermöglichen - etwa wenn sie gemeinsam ein Werkstück inspizieren oder zwei Bauteile zusammenbauen", erläutert der Fraunhofer-Forscher. "Dazu bedarf es einer zusätzlichen Sensorik."

Zudem haben die Forscher die Entwicklung mit Fingerspitzengefühl versehen. "Wenn man die Greifkräfte richtig einstellt, nimmt er ein Ei, ohne es zu zerquetschen", sagt Surdilovic. Der Roboter kann sich sogar mit Mimik ausdrücken. Läuft die Arbeit reibungslos, lächelt er zufrieden. Sieht er gelangweilt aus, wartet er auf Arbeit, und der Produktionsleiter weiß, dass der Produktionsprozess beschleunigt werden kann.
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