Sphinx: Yale-Roboterhand greift und dreht Objekte in drei Achsen

Das Problem mit dem Handgelenk

Wer mit einem Roboterarm eine Glühbirne eindrehen oder einen Türknauf drehen will, braucht eine Drehung des gegriffenen Objekts. Üblich ist dafür ein einfacher Greifer an einem Handgelenk mit drei Freiheitsgraden: Rollen, Nicken und Gieren. Solche Handgelenke sind nach Darstellung der Yale-Forscher mechanisch aufwendig, und ihre Drehachsen liegen oft weit vom gegriffenen Objekt entfernt. Dreht das Handgelenk, verschiebt sich das Objekt deshalb zugleich im Raum, und der ganze Arm muss diese Verschiebung mit umständlichen Bewegungen ausgleichen. 

Vatsal Patel, Doktorand im Labor von Aaron Dollar, Professor für Maschinenbau in Yale, beschreibt die Schwierigkeit gegenüber der amerikanischen Ingenieursvereinigung ASME so: „Das menschliche Handgelenk ist unglaublich leistungsfähig in dem, was es kann, aber es ist sehr klein. Es ist schwer, einem Roboter auf so wenig Raum dieselbe Funktion zu geben.“ (Übersetzung) 

Ein Parallelmechanismus statt gestapelter Motoren

Die Sphinx-Hand setzt auf eine sphärische Parallelarchitektur. Herkömmliche Roboterarme sind seriell aufgebaut, ein Motor sitzt auf dem nächsten. Bei einem Parallelmechanismus wirken mehrere Antriebe gemeinsam auf dasselbe Bauteil. Der Vorteil liegt nach Patels Worten gegenüber der ASME darin, dass sich damit auf kompaktem Raum deutlich mehr erreichen lässt. 

Laut der Veröffentlichung kann die Hand ein breites Spektrum an Objekten greifen und um alle drei Achsen drehen. Das Objekt rotiert dabei um einen bekannten festen Punkt nahe am Objekt. Dieser Punkt bleibt relativ zur Hand an derselben Stelle, unabhängig von Form und Lage des Objekts und davon, wie es ursprünglich gegriffen wurde. Die Forscher haben die Hand an Roboterarmen getestet, die weniger Freiheitsgrade haben und kein klassisches Handgelenk besitzen. Nach ihren Angaben dreht sie gegriffene Objekte über große Winkel genau, und zwar mit einfacher Steuerung ohne Rückkopplung. 

„Sie ist nicht sehr komplex“, sagt Patel in der Mitteilung der Yale School of Engineering. „Sie hat keine Sensoren oder Ähnliches. Sie funktioniert ohne Kameras oder Sensoren und dergleichen. Aber wegen des sphärischen Mechanismus wird sie Objekte immer rollen, nicken und gieren.“ (Übersetzung) 

Aufbau und Daten

Die Projektseite des Yale OpenHand Project nennt sechs Servomotoren von Dynamixel als Antriebe: drei vom Typ XM-430-W350-R und drei vom Typ XL-430-W250-T. Die Basis ist 175 Millimeter breit, die Hand wiegt 645 Gramm. Konstruktionsdateien und eine Bauanleitung (Revision 1.0 vom 25. April 2025) stehen dort zum Download, lizenziert unter Creative Commons BY-NC 3.0, also nur für nichtkommerzielle Nutzung. Videos auf der Projektseite zeigen die Hand beim Eindrehen von Glühbirnen und beim Entwirren von Seilen. 

Wo die Hand helfen soll

Laut Yale soll die Konstruktion Aufgaben in engen Räumen erleichtern, etwa das Eindrehen einer Glühbirne in einem Wandschrank. „Sie ist viel effizienter, und man braucht nicht viel Platz. Das Handgelenk kann diese Drehungen viel näher am Objekt ausführen, ohne den ganzen Arm bewegen zu müssen“, sagt Patel (Übersetzung). Längerfristig zielt die Arbeit auf Roboter für Wohnungen, Katastrophengebiete und andere unstrukturierte Umgebungen: „In diesen Umgebungen wissen Roboter nicht genau, wo sich die Objekte befinden“ (Übersetzung). 

Was noch fehlt

Patel selbst dämpft die Erwartungen. Gegenüber der ASME sagte er im September 2025: „Dieser Ansatz gibt einem eine schöne Art von Kontrolle über das Objekt, sodass man es blind bewegen kann. Aber wir müssen noch mehr an der Optimierung der Steuerung arbeiten. Sie ist noch nicht so zuverlässig – und das ist zum Teil der Grund, warum man Roboterhände nicht überall sieht.“ (Übersetzung) Das Labor will weitere Parallelmechanismen untersuchen, mit denen eine Hand greifen, drehen und unterschiedliche Kräfte auf Objekte ausüben kann. 

Die Studie erschien online am 21. Juli 2025, die Yale School of Engineering berichtete am 7. August 2025 darüber. Der Volltext liegt hinter einer Bezahlschranke.