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Robotik So wird die Roboter-Mensch-Kollaboration noch sicherer

Quelle: Pressemitteilung des Fraunhofer IWU 3 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
RAS Reinhardt Maschinenbau GmbH
LVD GmbH
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Am Fraunhofer-IWU wurde eine Möglichkeit geschaffen, die Roboter auf Menschen noch sensibler reagieren lässt. Kameras und Sensoren spielen die Hauptrolle.

Keine Panik! Mithilfe der sogenannten „LiDAR“-Sensorik und Kameraüberwachung müssen Roboterbewegungen nicht mehr so stark abgebrembst werden, wenn sich ein Mensch nähert. Der Produktivität täte das keinen Abbruch, sagen Forscher vom Fraunhofer IWU. So geht`s ...(Bild: Fraunhofer IWU)
Keine Panik! Mithilfe der sogenannten „LiDAR“-Sensorik und Kameraüberwachung müssen Roboterbewegungen nicht mehr so stark abgebrembst werden, wenn sich ein Mensch nähert. Der Produktivität täte das keinen Abbruch, sagen Forscher vom Fraunhofer IWU. So geht`s ...
(Bild: Fraunhofer IWU)

Industrielle Fertigungsprozesse sollen bekanntlich effizient, flexibel und für die Mitarbeitenden auch noch sicher sein. Arbeiten Mensch und Roboter gemeinsam an komplexen Aufgaben gilt es, Zielkonflikte im Rahmen der Anforderungsmatrix zu vermeiden. Im Verlauf des EU-Projekts Sharework entwickelte ein Team vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU deshalb einen Geschwindigkeitsregler sowie ein multimodales, umfassendes Wahrnehmungssystem für den Einsatz am Kollegen Roboter. Für die Sicherheit müssse die Roboterbewegung bei menschlicher Annäherung zwar auch weiterhin verlangsamt werden, aber deutlich weniger als bisher. Das bringe eine um rund 25 Prozent schnellere Roboterbewegung bei hoher Sicherheit. Und schon steigt die Effizienz!

Konkreter Anwendungsfall bei Seat

Die zentrale Fragestellung für die Forscher in einem konkreten Anwendungsfall beim Automobilhersteller Seat war dabei herauszufinden, wie ein Roboter quasi mit zusätzlichen Augen seine Umgebung besser einschätzen vermag, so schneller agieren kann und dennoch sicher auf seiner Bewegungsbahn bleibt. Dazu teilte das Team die Wahrnehmungsbereiche neu ein. Es gibt sogenannte smarte Zonen: bei schnelleren Bewegungen wächst eine solche Zone, um ein Kollision mit Menschen auszuschließen. Für die Umfelderfassung kommt dabei „LiDAR“-Sensorik (Light Detection and Ranging), zum Einsatz, die über gepulstes Laserlicht Objekte erkennt und kategorisiert, Kameras überwachen das Ganze.

Durch die Kombination von Reaktionszeiten („LiDAR“ = 50 Millisekunden, Kamera = 10 Millisekunden) und Überwachungsbereichen („LiDAR“ größere Bereiche, Kamera das Nahfeld) darf sich der Roboter nun trotz eines Menschen in der Nähe schneller bewegen. Um welchen Faktor genau sich die Prozesszeiten verkürzen ließen, hänge jeweils von der Tätigkeit und von der eingesetzten Hardware für Robotik und Sensorik ab.Anpassungsmöglichkeiten bei Geschwindigkeit und Beschleunigung erhöhten die Akzeptanz bei den Mitarbeitern.

Teil des Softwarepakets ist auch ein Baustein mit dem alle Sicherheitsaspekte beurteilt werden können, wie es weiter heißt. Die Aspekte könnten so früh in der Anlagenplanung berücksichtigt, technisch dokumentiert und digital zertifiziert werden. Damit stünden im digitalen Zwilling der Roboteranlage alle relevanten Daten für spätere Änderungen zur Verfügung.

„Sharework“ macht Mensch-Roboter-Kollaboration unfallsicher

Diese Forschungsergebnisse sind Teil des EU-Projekts „Sharework“. Darin entwickelte ein europäisches Konsortium aus sechs Forschungseinrichtungen, dreizehn Partnern und einer Normierungsinstanz neue Ansätze für die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Die verschiedenen Software- und Hardwaremodule ermöglichten insbesondere auch Schwerlastrobotern (Industrierobotern), mit Menschen zu interagieren, ohne dass physische Schutzbarrieren wie Zäune erforderlich seien.

Ziel war es, im Sinne einer effektiveren Zusammenarbeit vorhandene Barrieren in der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) zu überwinden – ohne Abstriche bei der Sicherheit in Kauf nehmen zu müssen. Das IWU fokussierte sich dabei auf übergreifende Sicherheitsaspekte (Global Safety System).

Das Ergebnis ist nun ein modulares System, das in der Lage ist, die Umgebung eines Roboters und menschliche Handlungen durch „Wissen“ und Sensoren, Vorhersagen über zukünftige Zustände, „intelligente“ Datenverarbeitung, Augmented Reality sowie Gesten- und Spracherkennungsfunktionen zu verstehen, wie die Forscher beschreiben.

Die entwickelten Module wurden in der Automobil-, Bahn-, Metall- und Investitionsgüterindustrie übrigens bereits mit Erfolg erprobt. Ein Einsatz ist jedoch auch in anderen industriellen Montage- und Produktionsprozessen denkbar, um die Effizienz von Fertigungsprozessen zu verbessern.

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