An der Technischen Hochschule Nürnberg entwickeln Forscher im Projekt BioFlexRobot einen nachgiebigen Gelenkroboter, mit dem Menschen gefahrenlos zusammenarbeiten können – gefördert vom Bundesforschungsministerium.

Das Bild zeigt, wie ein Mitarbeiter der TH Nürnberg mit einem Gelenkroboter zusammenarbeitet.

Der nachgiebige Gelenkroboter der TH Nürnberg ermöglicht eine unmittelbare Zusammenarbeit von Mensch und Maschine (Bild: TH Nürnberg)

Roboter sind heute in allen modernen Fabriken zu finden. Sie unterstützen den Menschen, indem sie schwere Lasten hieven, Einzelteile zusammenschrauben und präzise Bewegungen durchführen. Doch wer einem Roboter zu nahe kommt, begibt sich in Gefahr. Denn mit seinen kräftigen Armen kann er den Menschen ernsthaft verletzen. Daher sind die Arbeitsbereiche von Robotern meist mit Schutzzäunen von denen der Menschen abgetrennt.

Ein Forscherteam um den Maschinenbauingenieur Rüdiger Hornfeck möchte nun nachgiebige Gelenkroboter entwickeln, die eine unmittelbare Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter möglich machen. Die Forscher nehmen sich hierfür die Tierwelt zum Vorbild und übertragen Funktionsmechanismen von Spinnenbeinen auf den Roboter.

Die Besonderheit an Spinnenbeinen ist, dass sie nur mit einem Beugemuskel, nicht jedoch mit einem Streckmuskel ausgestattet sind. Um sich fortzubewegen, pumpt die Spinne eine Körperflüssigkeit in die Beine. Dadurch kommt es zur Streckung der Gliedmaßen. Diese Körperflüssigkeit sorgt zugleich dafür, dass die Spinnenbeine äußert nachgiebig werden und bei der kleinsten Berührung zurückfedern.

Beim Aufbau des Gelenkroboters orientieren sich die Forscher an der Anatomie des Spinnenbeins: So besteht der Gelenkroboter aus mehreren Gliedern, die mit einer Kunststoffschale verkleidet sind. Die einzelnen Glieder sind mit einer entfaltbaren Kunststoffmembran miteinander verbunden. Zum Strecken des Gelenks wird Luft in die Glieder gepumpt. Die Kunststoffmembran faltet sich daraufhin wie eine Ziehharmonika auseinander, und die einzelnen Glieder richten sich nahezu horizontal aus. Damit das Gelenk auch gebeugt werden kann, wird ein Schlauch in die Glieder eingesetzt und ebenfalls mit Luft befüllt. Der Luftdruck im Schlauch bewirkt, dass sich die Gelenkmembran zusammenzieht und die Glieder gebeugt werden.

Auf der Basis dieses Konzepts konstruieren die Forscher nun einen mehrachsigen Gelenkroboter, der den Menschen bei unterschiedlichen Arbeitsschritten unterstützen kann. Durch die Verwendung von Luft und beweglichen Kunststoffmembranen ist der Roboter besonders nachgiebig, so dass der Mensch ohne Verletzungsrisiko mit ihm zusammenarbeiten kann.  

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt das Forschungsprojekt im Rahmen der Förderlinie „FHprofUnt“ des Programms „Forschung an Fachhochschulen“ mit rund 550.000 Euro.