Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) heeft een nieuw soort lichtgewicht robotarm ontwikkeld. Als aandrijving voor de beweging van de biomechanisch georiënteerde robotarm dient een nieuw soort trekkabel aandrijving, de verdere ontwikkeling van de DoHelix-spieren. Ten opzichte van andere aandrijfoplossingen leidt tot een gering gewicht van aandrijving, een hoog rendement bij de omzetting van elektrische in mechanische energie en een hoog draaimoment aan de roterende as.
De DoHelix-spier heeft eigenschappen die op de biologische spier lijken. Door het opwikkelen en daarmee verkorten van een trekvaste kabel kan deze een kracht leveren. Hierbij wordt van twee kranten een sterke en flexibele kunststof kabel in de vorm van een dubbele helix om een dunne motoras gewikkeld.
Door de juiste verdeling van de trekkrachten treden slechts geringe buigkrachten op zodat met een geringe asdoorsnede kan worden gewerkt. Het ontbreken van zware overbrenging mechanismen vermindert het gewicht, terwijl door de gerealiseerde vertraging grote krachten in de kabels kunnen worden bereikt.
De bij de Isella-2 robotarm gebruikte QuadHelix-aandrijving heeft twee DoHelix-kabels, die tegen elkaar in op hetzelfde asdeel draaien. Een motor kan daardoor een rotatie- of lineaire as in beide richtingen bewegen.
Isella-2
Een combinatie van worm/tandheugel of worm/moer zet het draaien van de aandrijfas om in een translerende beweging van de motorunit. Het moduul van de worm respectievelijk wormmoer is aangepast aan de diameter van de as en de trekkabels, waardoor het juiste opwikkelen van de kabel is gewaarborgd.
Voordelen van dit concept ten opzichte van andere aandrijfoplossingen zijn het geringe gewicht van aandrijving, een hoog rendement bij de omzetting van elektrische in mechanische energie en een hoog draaimoment aan de roterende as. Het voordeel ten opzichte van de DoHelix-spier is het gebruik van een motor voor de tweezijdige beweging van een vrijheidsgraad ten opzichte van de twee motoren per vrijheidsgraad bij de Isella-1, wat een verbetering oplevert van de verhouding eigengewicht/belasting.
Gebruik
De modulaire Isella-2-lichtgewicht robotarm is opgebouwd met twee units met twee vrijheidsgraden en een zelf geconstrueerde grijper. Hierdoor heeft het geheel vier vrijheidsgraden met de arm en drie vrijheidsgraden met de grijper. Elke vrijheidsgraad wordt door een QuadHelix-aandrijving bediend. De controllers zijn in twee modules links en rechts aan de onderste aandrijfunits bevestigd. De arm inclusief grijper heeft een massa van circa 11 kg.
Het QuadHelix aandrijfconcept is voor veel toepassingen te gebruiken, met name voor lichtgewicht robots en protheses. Zo is te denken aan ondersteunende Exo-skeletstructuren en gebruik als manipulatorarm op een autonoom servicerobotplatform of apparaat in een kleine of middelgrote onderneming.
