„Der Dialog treibt unsere Ideen an“

Eher rar sind die Gelegenheiten, einen Konstrukteur auf einer Fachmesse zu treffen. K&E traf Festo-Konstrukteur, Diplom-Designer Ruwen Kaminski und den für die Steuerung zuständigen Dr. Alexander Hildebrandt, die nach Vorlage eines Elefantenrüssels einen hochflexiblen bionischen Greifer entwickelt haben – den Bionischen Handling-Assistenten.

W Herr Kaminski, Ihr bionisches Werk legt den Verdacht nahe, dass Sie Elefantenliebhaber sind, oder sich zumindest mit dem Aufbau dieser Spezies ausgiebig befasst haben. Wie kamen Sie auf die Idee des Bionischen Handling-Assistenten?

Ruwen Kaminski: Grundlage für die Entwicklung des Bionik-Handling-Assistenten waren kinetische Studien der HFG in Offenbach, die schon vorher im Bionik-Learning -Network diskutiert worden sind. Um nun die Komplexität und den technischen Anspruch Wirklichkeit werden zu lassen, arbeite ich eng mit weiteren Spezialisten aus den Fachabteilungen bei Festo zusammen. Gerade dieser Dialog treibt unsere Ideen an und ist Grundlage für unseren Erfolg.

W Welche Arbeitsmittel, Software oder Simulationstools, stehen Ihnen für Ihre Arbeit zur Verfügung?

Im Fall des Bionik-Handling-Assistenten habe ich mit Solid -Works gearbeitet.

W Wie sind Sie an die Konstruktion des Bionischen Handling-Assistenten herangegangen und warum setzen Sie bei der Fertigung der komplexen Kunststoffglieder auf das teure Rapid Prototyping?

Ich habe zunächst die Aktuatoren entwickelt und dann die einzelnen Segmente per Selective Laser Sintering hergestellt. Die Prototypen habe ich dann sukzessive getestet und weiterentwickelt, bis das notwendige Verhältnis aus Steifigkeit und Dehnbarkeit erreicht war. Das Rapid Prototyping ist gemessen an der Komplexität dieser Strukturen eher günstig. Gerade die Geschwindigkeit, mit der man den optimierten Prototypen herstellen und dann testen kann, war Voraussetzung für dieses Projekt.

W Welche Vorgaben hatten Sie für diese Konstruktion?

Eine wichtige Vorgabe war die Traglast, welche mit dem System bewegt werden sollte. Hier war ein halbes Kilo die Vorgabe. Ein weiteres Leistungsmerkmal sollte die Handachse sein, die auch vollständig im Selective Laser Sintering hergestellt ist. Das Bauteil sollte auf kleinstem Raum eine Auslenkung von 30 Grad zulassen, was geometrisch nicht so einfach zu realisieren ist. Eine besondere Rolle spielen hierbei die Kugelgelenke, welche direkt im Sintervorgang montagefrei hergestellt werden.

W Zur Programmierung, die scheint ja nicht so ganz trivial zu sein: Wie läuft da die Zusammenarbeit zwischen Konstruktion und den Programmierern, die wie Sie, Herr Dr. Hildebrandt, für die komplexe Steuerung zuständig sind?

Dr. Alexander Hildebrandt: Vor der eigentlichen Programmierung der Steuerung muss zunächst das Gesamtsystem realisiert werden. Dies bedeutet, dass neben der Entwicklung der Mechanik geeignete Sensoren, Ventile, das Bussystem sowie die Hardware für die Steuerung gewählt werden müssen. Dieser Prozess geht Hand in Hand mit der Konstruktion, da die mechanischen Komponenten entsprechen angepasst werden müssen. Nach der Entwicklung des Gesamtsystems werden die einzelnen Regler (Druck- und Positionsregler) für jedes Gelenk mittels Verfahren aus der nichtlinearen Systemtheorie entworfen. Auf der Basis dieser Reglermodule können automatisierte Bewegungen mittels einer Steuerung einfach programmiert werden.

W Wie sieht es mit der Alltagstauglichkeit aus, Herr Dr. Hildebrandt. Kann der Mitarbeiter im Werk den komplexen Handling-Assistenten wirklich einfach programmieren?

Stand heute werden die Bewegungsabfolgen relativ einfach mittels des Teach-In-Verfahrens vorgegeben. Dabei bewegt der Programmierer den Arm mit z.B. einer Konsole in die gewünschte Position. Die Raumpunkte werden automatisch abgespeichert und stehen anschließend als Zielpunkte für die automatisierte Bewegung vor.

W Herr Kaminski, befassen Sie sich als Konstrukteur auch mit der Implementierung von Sensorik und Elektronik in der mechanischen Konstruktion?

Ruwen Kaminski: Zunächst steht die mechanische Konstruktion bei meiner Arbeit im Vordergrund. Von der mechanischen Präzision hängt dann auch die Genauigkeit der Steuerung ab. Sensorik und Elektronik zu implementieren wird aber zukünftig unabdingbar sein, um zunehmend komplexere Projekte zu entwickeln.

W Immer mehr CAD/CAM und PLM-Softwarehäuser stellen dem Konstrukteur in seiner CAD-Anwendung FEM-, Simulations- oder gar Kostenkalkulations-Tools zur Verfügung. Betrifft Sie das bereits konkret oder ist das eher noch Zukunftsmusik?

Mit den Tools, die uns im Augenblick bei Solid-Works zur Verfügung stehen, können wir uns einen ersten Eindruck von Konstruktion und Materialverhalten machen. Der reale Prototyp ist allerdings nach wie vor das Maß der Dinge. Am realen Objekt lernt man, gerade bei kurzfristigen Projekten, am meisten und am schnellsten.W

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