maxon motor beweegt humanoïde robothand

De ontwikkeling van humanoïde robothanden neemt een steeds hogere vlucht. Daar waar nu nog eenvoudige, robuuste twee- of drievingerige grijpers worden ingezet, zullen over niet al te lange tijd complexe vijf-vinger-handen ingewikkelde werkzaamheden uitvoeren. Door de grote vooruitgang in de micro-elektronica en de micro-mechanica is het mogelijk om handen met meer vingers te creëren, waarvan de vingers afzonderlijk bestuurbaar zijn en waarbij de verbindingen in de hand op menselijke handgewrichten geïnspireerd zijn. De complexe mechanische en besturingselektronische modulen die hiervoor nodig zijn kunnen zelfs ten dele aan commerciële standaardcomponenten gebouwd worden.

De menselijke hand is zonder twijfel het meest universele en complexe gereedschap dat we uit de natuur kennen. Onderzoekers bestuderen al jaren de eigenschappen en bijzondere kenmerken van dit evolutionaire design. Het Duitse centrum voor lucht- en ruimtevaart (DLR) heeft in samenwerking met het Harbin Institute of Technologie (HIT) een nieuwe robothand ontwikkeld. Dankzij micro- en precisie aandrijftechnologie en high-performance bus technologie, is deze ontwikkeling de nieuwe maatstaf voor de gevoelige grijpers handen. De nieuwe DLR-HIT-Hand II bestaat uit vijf vingers met elk vier kootjes en drie vrijheidsgraden en is in vergelijking tot zijn voorganger DLR-HIT-Hand I kleiner en lichter. Vier vingers zijn nodig om ook conische vormen te kunnen pakken en vasthouden. Een duim dient als tegensteun. Om ervoor te zorgen dat de hand in zijn volledigheid kan worden gebruikt, moeten de mechanische bewegingen goed bestuurd en gemonitord worden.

High speed bus ten behoeve van de besturing
De motoren van de DLR-HIT-Hand II worden direct in de vingers gebouwd. Centraal staan hierbij de informatie van de besturingscomputer omtrent positionering- en aansturingsgegevens. Alleen zo kan de aandrijving ter plekke optimaal zijn werk doen. Elk vingerkootje is daarom met een door ons zelf ontwikkelde contactloze hoeksensor en een koppelsensor uitgerust. Al naar gelang de toepassing moeten beide sensoren een hoge resolutie bezitten. Een high speed bus zorgt voor het overbrengen van de gegevensstroom. Een snelle feedback bij de vergelijking van gewenste en werkelijke waarden is van cruciaal belang voor de functie van de besturing. Dit geldt vooral voor precieze en ingewikkelde toepassingen. Daarom is de hoeveelheid gegevens en met name de snelheid van de gegevensoverdracht van groot belang. De interne, speciaal voor deze toepassing ontwikkelde, realtime uitvoerbare high speed bus met een snelheid tot 25 Mbps is gebaseerd op FGPA's (Field Programmable Gate Arrays). Voor de externe seriële verbinding van hand en besturingscomputer zijn slechts drie leidingen nodig. De besturing, een signaalprocessor op een PCI-insteekkaart, is in een normale pc geïntegreerd. Een gebruiksvriendelijke interface maakt de besturing van de hand vanaf de pc mogelijk. Alle sensorgegevens kunnen hierbij op het beeldscherm weergegeven worden. Met het oog op toekomstige toepassing in een industriële omgeving, is van begin af aan veel aandacht besteed aan een praktijkgerichte vormgeving van gegevensweergave, besturing en de verbinding van hand en computer.

maxon flat-motoren als aandrijving

Elke vinger heeft meerdere, apart bestuurbare aandrijvingen nodig. Per hand zijn 15 borstelloze gelijkstroommotoren met Hall-sensors in gebruik. De aandrijving EC 20 flat van maxon motor heeft vele voordelen. De aandrijving heeft in verhouding tot het geringe soortelijk gewicht een hoge vermogensdichtheid. De motoren, inclusief Hall-sensoren, meten in zijn geheel slechts 10,4 mm, met een buitendiameter van 21,2 mm. Het gewicht per motor is slechts 15 g. Motor en Harmonicdrive-overbrenging (uit de serie HDUC 05, met dezelfde diameter) vormen een eenheid. De 3 watt motoren zijn verkrijgbaar in een 12 of 24 V uitvoering en hebben een maximaal koppel van 8,04 mNm. Goede dynamiek en voorgespannen kogellagers zorgen voor precieze reacties op besturingscommando's, ook als van draairichting wordt gewisseld. De digitale Hall-sensoren geven aan de besturing altijd exact de daadwerkelijke positie door. De motoren draaien stationair 9300 t/min.

Dankzij de compacte aandrijftechnologie met feedback en snelle gegevensoverdracht, kan de nieuwe DLR-HIT-Hand II – gebruikmakend van bustechniek - zeer gevoelig en zeer precies bestuurd worden. Micro-mechanica en micro-elektronica vullen elkaar perfect aan. Tegenwoordig kunnen standaard componenten gebruikt worden om goed ontwikkelde producten te maken, die vroeger zelfs met dure speciaal ontwikkelde componenten ondenkbaar waren.

 Auteur: Beni Anderhalden / maxon motor ag, © 2013 maxon motor ag

Productnavigator

Contact

maxon motor benelux bv

Josink Kolkweg 387545 PR EnschedeNederland
+31 53 744 0 744
Contact