Accessible, Sensor-Ready, Soft–Rigid Robotic Hand for Research and Education

Eine neue wissenschaftliche Arbeit, kürzlich im Journal Actuators (MDPI) veröffentlicht, stellt einen Prototyp eines soft-rigid-hybriden, anthropomorphen Greifers mit integrierter taktiler Sensorik vor. Ziel ist es, die Zugänglichkeit und Anwendbarkeit von Softrobotiksystemen zu verbessern.

Die Arbeit adressiert das Fehlen kostengünstiger, modularer und sensorkompatibler Softrobotik-Plattformen, die Nachgiebigkeit, mechanische Robustheit, einfache Steuerung und praktische Nutzbarkeit vereinen. Viele fortschrittliche Roboterhände sind entweder sehr teuer, schwer zu modifizieren oder aufgrund geschlossener Designs nicht offen zugänglich. Zudem fehlt häufig eine geeignete Oberfläche zur Integration taktiler Sensoren.

Der vorgestellte Greifer basiert auf einem kostengünstigen, modularen Soft-Rigid-Gelenkdesign mit einfacher Vorwärtskinematik, das mittels gängiger Verfahren wie FDM-Druck und Silikonguss hergestellt werden kann. Das starre Skelett bietet mechanische Stabilität, lenkt die Aktorbewegung gezielt und erlaubt die einfache Integration von Sensoren, ohne dass diese durch Verformungen des Aktuators unbeabsichtigt ausgelöst werden. Die weichen pneumatischen Aktuatoren ermöglichen eine adaptive, nachgiebige Interaktion mit der Umgebung.

Die Besonderheit dieser Arbeit liegt in der einzigartigen Kombination aus Erschwinglichkeit, einfacher Hybridmechanik, vereinfachter pneumatischer Steuerung und sensorkompatibler Architektur – ideal für Forschung, Lehre und praktische Anwendungen.

Technische Highlights:

• Modulares, quelloffenes Gelenkdesign zur schnellen Prototypenerstellung und einfachen Integration
• Winkelauslenkung von 79,5° pro Gelenk bei 70 kPa, mit kleinem Biegeradius – ideal für menschenfingerähnliche Gelenke
• Fingertip-Kraft von bis zu 8,7 N bei 70 kPa, bemerkenswert für einen pneumatisch direkt angetriebenen Aktuator
• Fünfkanalige mobile pneumatische Steuerplattform mit integrierten Pumpen, Unterdruck- und Druckfähigkeit, steuerbar per Touchscreen oder Python-Skript
• Roboterhand hebt 4,25 kg im Koffergriff-Test bei 80 kPa
• Vereinfachte Steuerung von 15 Gelenken durch die Nachgiebigkeit der pneumatischen Aktuatoren

Diese Arbeit ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Ingenieur:innen und Forschenden des Lehrstuhls für Mikrosysteme der TUD und der PowerON Group. Gefördert wurde das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Als eine der ersten Plattformen, die PowerONs dehnbaren, resistiven Tastsensor integriert, zeigt der Prototyp auch reflexartiges Greifverhalten – zum Beispiel das Auffangen eines fallenden Objekts durch Sensorsignale von der Handfläche.

Vollständiger Artikel hier: https://doi.org/10.3390/act14050252