Verbesserte Mensch/Roboter-Kollaboration

Kollege Roboter, kannst Du einen Zahn zulegen?

Industrielle Fertigungsprozesse sollen gleichermaßen effizient, flexibel und für die Beschäftigten sicher sein. Arbeiten Mensch und Roboter gemeinsam an komplexen Aufgaben, gilt es, Zielkonflikte zwischen diesen Anforderungen zu vermeiden. Im EU-Projekt Sharework entwickelte das Team vom Fraunhofer IWU um Aquib Rashid, Ibrahim Al Naser und Mohamad Bdiwi dazu einen Geschwindigkeitsregler sowie ein multimodales, umfassendes Wahrnehmungssystem. Zwar muss die Roboterbewegung bei menschlicher Annäherung auch weiterhin verlangsamt werden, aber deutlich weniger als bisher.

Bild: Fraunhofer IWU

Die zentrale Fragestellung für die Forschenden in einem Anwendungsfall bei Seat war: Wie kann ein Roboter dank ‘zusätzlicher Augen’ seine Umgebung besser einschätzen und damit mehr Geschwindigkeit in seiner Bahn behalten? Dazu teilte das Team die Wahrnehmungsbereiche in smarte Zonen ein. Bei schnelleren Bewegungen ‘wächst’ eine solche Zone, um ein Kollisionsrisiko mit Menschen auszuschließen. Für die Umfelderfassung kommt dabei Lidar-Sensorik (Light Detection and Ranging), die über gepulstes Laser-Licht-Objekte erkennt und kategorisiert, ebenfalls zum Einsatz wie Kameras.

Die Kombination von Reaktionszeiten (Lidar: 50ms, Kamera: 10ms) und Überwachungsbereichen (Lidar: größere Bereiche; Kamera: Nahfeld) erlaubt nun schnellere Bewegungen des Roboters. Um welchen Faktor genau sich die Prozesszeiten verkürzen lassen, hängt von der Tätigkeit und der eingesetzten Hardware für Robotik und LiDAR-Sensorik ab. Anpassungsmöglichkeiten bei Bewegungsgeschwindigkeit und Beschleunigung erhöhen die Akzeptanz bei den Mitarbeitenden. Teil des Softwarepakets ist auch ein Baustein für die Beurteilung aller Sicherheitsaspekte. Dadurch können diese so frühzeitig in der Anlagenplanung berücksichtigt, technisch dokumentiert und digital zertifiziert werden. Im digitalen Abbild (Zwilling) der Anlage stehen alle relevanten Daten für spätere Änderungen zur Verfügung.

Forschungsprojekt Sharework

Die Forschungsergebnisse sind Teil des EU-Projekts Sharework. Darin entwickelte ein europäisches Konsortium aus sechs Forschungseinrichtungen, dreizehn Firmen und einer Normierungsinstanz neue Lösungen für die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Die verschiedenen Software- und Hardwaremodule sollen insbesondere auch Schwerlastrobotern (Industrierobotern) ermöglichen, mit Menschen zu interagieren, ohne dass physische Schutzbarrieren wie Zäune erforderlich sind. Ziel war es, im Sinne einer effektiveren Zusammenarbeit vorhandene Barrieren in der Mensch/Roboter-Kollaboration (MRK) zu überwinden – ohne Abstriche bei der Sicherheit. Arbeitsschwerpunkt für das Fraunhofer IWU waren dabei übergreifende Sicherheitsaspekte (Global Safety System).

Modulares System

Das Ergebnis ist 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 Spracherkennungstechnologie zu verstehen. Die entwickelten Module wurden bereits in der Automobil-, Bahn-, Metall- und Investitionsgüterindustrie erprobt. Ein Einsatz sei jedoch auch in anderen industriellen Montage- und Produktionsprozessen denkbar, um die Effizienz von Fertigungsprozessen zu verbessern, so die Forschenden.

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