Kontinuumroboter gelten als eine der spannendsten Robotiktechnologien unserer Zeit. Durch ihre kontinuierlich verformbare Struktur eröffnen sie neue Anwendungsmöglichkeiten – etwa in der Medizintechnik, bei Inspektionsaufgaben in engen Umgebungen oder in sicherheitskritischen Mensch-Roboter-Interaktionen. Gleichzeitig stellen sie Forschung und Entwicklung vor enorme Herausforderungen, insbesondere bei Modellierung, Zustandsschätzung und Regelung.
Am Lehrstuhl für Regelungstechnik der Technischen Universität München (TUM) wurde genau diese Herausforderung in einem aktuellen Forschungsprojekt adressiert. Ziel war der Aufbau eines kabelaktuierten Kontinuum-Manipulators, der es erlaubt, Sehnenkräfte hochpräzise zu messen und direkt zu regeln – als Grundlage für neuartige modellbasierte Regelungs- und Beobachterkonzepte. Dafür wurden die innovativen SensoJoints von Sensodrive eingesetzt.
Ein Experimentalroboter für neue wissenschaftliche Erkenntnisse
Im Zentrum des Projekts stand die Entwicklung eines experimentellen Robotersystems mit elastischem Rückgrat und seilbasierter Aktuierung. Anders als klassische Industrieroboter besitzt der Kontinuumroboter keine diskreten Gelenke, sondern verformt sich kontinuierlich über seine gesamte Länge. Die Bewegung wird über mehrere Sehnen erzeugt, deren Spannung gezielt eingestellt werden muss.
Für die Forschung bedeutet das:
Nur wenn die abtriebsseitigen Drehmomente und Kräfte exakt gemessen und geregelt werden können, lassen sich realitätsnahe Modelle validieren, Zustände zuverlässig schätzen und externe Störungen erkennen. Genau hier lagen die Grenzen bisher eingesetzter Antriebslösungen, die lediglich indirekte Drehmomentregelung über Motorströme erlaubten.
Warum SensoJoints der entscheidende Enabler waren
Für den neuen Versuchsaufbau entschied sich das Forschungsteam der TUM bewusst für die SensoJoints von Sensodrive. Ausschlaggebend war das Gesamtpaket aus direkter, hochauflösender Drehmomentmessung, leistungsfähiger Advanced Torque Control sowie einer offenen und transparenten Systemarchitektur.
Erst durch die direkte Regelung des abtriebsseitigen Drehmoments – inklusive Kompensation von Getriebeeffekten wie Reibung oder Ripple – konnte der Kontinuumroboter so schnell aufgebaut und produktiv eingesetzt werden. Anstatt eigene Antriebslösungen mit hohem Entwicklungsaufwand zu entwerfen, stand dem Team eine marktführende, sofort einsetzbare Technologie zur Verfügung.
Ein weiterer Erfolgsfaktor war die nahtlose Integration: Dank der umfassenden Dokumentation und der Unterstützung gängiger Standards wie CiA402 konnten Hard- und Software bereits vor der Lieferung vorbereitet werden. Das verkürzte die Zeit von der Planung bis zur Inbetriebnahme erheblich.
Präzise Messdaten als Basis für Forschung auf höchstem Niveau
Im Betrieb zeigte sich der Mehrwert der SensoJoints deutlich. Die präzise Drehmomentmessung auf der Abtriebsseite ermöglichte eine bislang unerreichte Analyse des Systemverhaltens. Gleichzeitig konnten Effekte, die frühere Versuchsaufbauten verfälschten – etwa nicht kompensierte Getriebereibung – wirkungsvoll eliminiert werden.
Die so gewonnenen experimentellen Daten bildeten die Grundlage für die Validierung neuer diskreter Modellierungs- und Beobachteransätze und flossen direkt in eine wissenschaftliche Publikation ein. Damit wurde der Kontinuumroboter nicht nur zu einem Versuchsaufbau, sondern zu einem verlässlichen Referenzsystem für weiterführende Forschung.
Partnerschaft auf Augenhöhe
Neben der Technologie spielte auch die Zusammenarbeit eine zentrale Rolle. Das TUM-Team hebt insbesondere die technische Beratung, die Erreichbarkeit und die außergewöhnlich transparente Dokumentation hervor. Statt einer Black-Box-Lösung stand ein System zur Verfügung, dessen Verhalten im Detail nachvollzogen und gezielt genutzt werden konnte – ein entscheidender Vorteil im wissenschaftlichen Kontext.
Aus Sicht der Projektverantwortlichen war vor allem das ehrliche Interesse von Sensodrive an der Forschungsfragestellung ein Highlight der Zusammenarbeit. Lösungen wurden nicht „verkauft", sondern gemeinsam erarbeitet – mit dem klaren Ziel, die bestmögliche technische Basis für die Forschung zu schaffen.
Zukunftsperspektive: Von der Modellierung zur Regelung
Nach erfolgreichen Arbeiten an Modellidentifikation und Zustandsschätzung verlagert sich der Fokus des Projekts nun zunehmend in Richtung modellbasierter Regelung des Kontinuumroboters. Die eingesetzten SensoJoints werden dabei weiterhin eine zentrale Rolle spielen.
Das Projekt zeigt eindrucksvoll, wie sich mit standardisierten, drehmomentgeregelten Antriebslösungen in kürzester Zeit komplexe Forschungsplattformen realisieren lassen – ohne Kompromisse bei Präzision oder Qualität. Für Sensodrive ist die Zusammenarbeit mit der TU München ein weiteres Beispiel dafür, wie SensoJoints als Schlüsseltechnologie innovative Robotikforschung ermöglichen.
Mehr Informationen zu den innovativen SensoJoints
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