Vaardige handen

De menselijke hand wordt nog steeds gezien als de referentie bij uitstek als het gaat om de flexibiliteit van grijpende hulpmiddelen. De vraag naar humanoïde manipulatoren die een grote verscheidenheid aan grijpende varianten mogelijk maken, neemt steeds meer toe, in het bijzonder als het gaat om functionele en assisterende robotica. Bovendien neemt het vraagstuk van economische haalbaarheid in toenemende mate qua belang toe.

Waar de grijpers vroeger werden ontworpen voor industriële automatisering met het oog op robuustheid, een lange levensduur en prestatievermogen, ligt de focus bij de grijphanden nu meer op de flexibiliteit van de beweging. Hoe nauwer mensen en robots samenwerken, des te groter zal de relevantie van humanoïde handen met vijf vingers zijn. "In extreme gevallen zullen mensen en functierobots gebruik maken van een en hetzelfde werkstation, inclusief alle gereedschappen en hulpmiddelen", aldus Dr. Martin May, hoofd van Research/Advanced Technologies bij SCHUNK. Precies om die reden heeft SCHUNK al in 2017 zijn vijfvingerige hand SVH door DGUV laten certificeren als 's werelds eerste grijper voor collaboratieve samenwerking.

Met behulp van in totaal negen aandrijvingen kunnen de vijf vingers alle mogelijke grijphandelingen uitvoeren. Verder kunnen tal van gebaren worden gemaakt, wat de visuele communicatie tussen mensen en de functierobot vereenvoudigt en de acceptatie voor het gebruik in een omgeving met mensen verhoogt.

Een bureau delen met een robot

"In onze onderzoeksprojecten konden we al vaststellen dat de menselijke hand veel meer is dan alleen een uiterst flexibel middel om mee te manipuleren. In tegenstelling tot industriële grijpers associëren gebruikers emotionele aspecten met humanoïde grijphanden," verklaart Dr May. "Er is altijd vraag naar grijphanden als een robot de menselijke manieren van manipuleren moet imiteren." Dit betreft dan zowel manipulaties als gebaren. SCHUNK heeft bij haar onderzoeksprojecten altijd in het bijzonder de nadruk gelegd op huishoudelijke applicaties van functionele robotica en op assemblage-georiënteerde applicaties in geval van assisterende industriële robotica.

"Grijphanden vormen een zinvolle optie als de omgeving voor een activiteit geconfigureerd werd voor mensen die door een robot moeten worden geassisteerd, bijvoorbeeld in huishoudkeukens maar ook in industriële assemblerende werkstations of in applicaties waar artikelen moeten worden gegrepen en verplaatst evenals in logistieke applicaties."

Verschillende varianten

In lijn met de relevante applicatie heeft SCHUNK verscheidene grijphanden in haar portfolio, lopend van tweevingerige handen die beperkt zijn tot de basisgrijpfuncties voor functionele robotica tot de voor industriële toepassingen geschikte drievingerige hand SCHUNK SDH en de complexe vijfvingerige hand SCHUNK SVH. Het meest recente model, de SCHUNK SIH, is evenzo voorzien van vijf vingers en heeft een constructie die gelijk is aan de bouw van de menselijke hand.

Het fundamentele verschil met model SVH is te vinden op het gebied van de aandrijving en van de kinematica. Waar het door negen motoren aangedreven model SVH afgestemd is op de kenmerkende aspecten van een met hoge precisie werkende robot, is model SIH met zijn vijf motoren en trekkabelbediening meer gebaseerd op zijn menselijke evenknie met aders en spieren. Drie vingers van dit model kunnen onafhankelijk van elkaar worden bewogen.

De twee kleinste vingers kunnen op hun beurt weer tegelijk bewegen als team. Het gevolg is dat model SIH flexibeler kan worden ingezet dan andere grijphanden, voorzien van trekkabelmechanismen die op de markt verkrijgbaar zijn. Bovendien is het model robuuster en de prijs ervan aantrekkelijker. Volgens Martin May was in het bijzonder het laatstgenoemde aspect een belangrijke eis voor het onderzoeksproject en wel met name in geval van functionele robotapplicaties in huishoudelijke omgevingen.

Een strikt beheer van kosten is van groot belang om in de markt succesvol te kunnen zijn. SCHUNK maakt - om het doel van betaalbare, eenvoudig te gebruiken vijfvingerige handen voor veelzijdige toepassingen te behalen - gebruik van in de bionica opgedane ervaringen evenals van de meest recente concepten op het gebied van motortechnieken en elektronica. Een groot aantal grijpprojecten kan met behulp van een slimme aansturing van de grijper worden gerealiseerd via een eenvoudig te bedienen interface zonder deze precies te hoeven programmeren.

Autonoom grijpen

SCHUNK gaat bij haar "Smart Labs"-benadering zelfs nog een stap verder. Die benadering is net als het grijpende component gericht op het grijpende proces in zijn volle omvang en beoogt op een autonome manier om te gaan met alle manipulerende handelingen. Complexe programmering van de robot, een taak die tot nu was voorbehouden aan het handwerk van de gebruiker of van een samenbouwer, zal in de toekomst worden vervangen door een zelflerend, autonoom samenstel van componenten.

In plaats van stap voor stap individueel gedefinieerde posities, snelheden en grijpkrachten zullen slimme grijpsystemen in de toekomst hun doelobjecten met behulp van camera's detecteren en op eigen gezag bepalen hoe ze zullen gaan grijpen. Grijpsystemen zullen op basis van datarecords en van algoritmen in staat zijn te detecteren en zullen daaraan en aan detectieprincipes de bijbehorende handelingen ontlenen. Voorts werkt SCHUNK R&D aan algoritmen voor het classificeren van verschillende geometrieën en opstellingen evenals aan algoritmen voor het ontwikkelen van optimale grijpstrategieën. Grijpsystemen moeten autonoom met onderdelen kunnen omgaan en moeten zelf de onderliggende grijpprocedures verder kunnen verfijnen.

Autonome evaluatie van de grijpkwaliteit

Hoe groter de verscheidenheid van de te grijpen onderdelen en hoe ingewikkelder de taak, des te eerder zullen hier ook grijphanden worden ingezet. Dankzij sensorsystemen in de grijpvingers, de motorstroom en de in de grijphand ingebouwde intelligentie kan de kwaliteit van een greep worden gedetecteerd, geëvalueerd en zo nodig bijgesteld. Bovendien kunnen de eigenschappen van objecten zoals geometrie, maat en flexibiliteit via de grijper worden 'gevoeld' en worden doorgegeven naar systemen van hogere orde en op voorgeschakelde resp.

nageschakelde bewerkingsstations. "Met behulp van methoden uit de wereld van kunstmatige intelligentie zal het ook mogelijk zijn functierobots en assisterende robots intuïtief te trainen, individuele bibliotheken aan te leggen voor de inzet van grijpers en om die bibliotheken uit te breiden", zo voorspelt Martin May. "In het bijzonder zullen grijphanden voor veelzijdig gebruik niet langer worden ingezet voor herhalende taken, maar zullen ze zich doorlopend aanpassen op nieuwe objecten en relaties. Ook zullen ze voortdurend hun grijpstrategieen kunnen optimaliseren."

www.schunk.com

  Meer weten…