Roboter – sichere Helfer des Menschen

Forschung und Entwicklung im Geschäftsfeld Robotersysteme

Arbeitsraumüberwachung und Visualisierung

Sensorsysteme zur sicheren Überwachung der Mensch-Roboter-Kollaboration

Die Zukunft im Bereich der flexiblen und dynamischen Arbeits- und Produktionsumgebungen erfordert einhergehend mit der Auflösung der strikten Trennung von Mensch und Roboter, eine Kooperation bzw. Kollaboration in gemeinsamen Arbeitsräumen. Die Gewährleistung der Sicherheit des Menschen muss dabei zu jedem Zeitpunkt gegeben sein. Dazu entwickelt und evaluiert das Fraunhofer IFF optische Überwachungssysteme, die im Rahmen von Projekten wie ViERforES oder EXECELL konzeptionell umgesetzt und weiterhin auf Basis von Demonstratoren in VALERI und FourByThree getestet wurden. Ziel dabei ist die frühzeitige Detektion von potentiellen Kollisionen zwischen Mensch und Roboter, sowie die Ausführung geeigneter Strategien (Bahnplanung, Geschwindigkeitsänderung) als Reaktion darauf.

 

Projektions- und kamerabasiertes System zur optischen Arbeitsraumüberwachung

Dieses patentierte Sicherheitssystem auf Basis von Projektor- und Kameratechnik stellt eine innovative Überwachungslösung im Bereich der Mensch- Roboter- Kooperation dar. Die zu überwachenden Sicherheitsbereiche (Warn- und/ oder Schutzfeld) werden direkt in die Umgebung, z.B. auf den Fußboden projiziert. Verletzungen dieser Sicherheitsbereiche durch eine Unterbrechung der Projektionsstrahlen werden von den umgebenden Kameras zuverlässig detektiert. Das System verfügt über echtzeitfähige Reaktionszeiten, überwacht aufgrund der Eigensicherheit die Funktionsfähigkeit aller Komponenten und reduziert auf Basis von moduliertem/ gepulstem Licht den Einfluss von sich ändernden Umgebungsbedingungen. Durch eine Kopplung des Systems an die Steuerung von Robotern können in Abhängigkeit von deren Gelenkstellungen und –geschwindigkeiten die Sicherheitsbereiche entsprechend der Abstandsformel in ISO/TS 15066 dynamisch angepasst werden. Neben der Verwendung als Überwachungssystem der MRK- Methode „Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung“ können dem Nutzer zusätzliche sicherheits-, prozess- und roboterspezifische Informationen und Hinweise dynamisch in den Arbeitsraum eingeblendet werden. Interaktive Schaltflächen vervollständigen das System zu einer universellen Lösung für die Mensch-Roboter- Kooperation.

 

Visualisierungssystem zur Darstellung von sicherheits-, prozess- und roboterspezifischen Informationen

Neben der Absicherung von MRK- Arbeitsplätzen durch unterschiedlichste Sicherheitstechnologien, wie zum Beispiel kamerabasierte Systeme, Laserscanner oder berührungssensitive Sensoren, beeinflusst die Kommunikation vom Roboter/ Anlage zum Nutzer in hohem Maße sowohl die Akzeptanz des Nutzers, als auch die Verfügbarkeit der gesamten Anlage. Ein projektionsbasiertes Visualisierungssystem ermöglicht die Einblendung von Informationen genau dort, wo sie auch gebraucht werden: direkt im gemeinsam genutzten Arbeitsraum von Mensch und Roboter. Hierbei können sicherheits-, prozess- und roboterspezifische Hinweise zur Unterstützung des Arbeitsablaufes, Darstellung von Schutzfeldern und zukünftiger Roboterbewegungen, sowie zur Wartung und Fehlerdiagnose in geeigneter Weise (z.B. durch Piktogramme, Schrift) visualisiert werden.

 

Multi-Sensor-System zur optischen Arbeitsraumüberwachung

Ein Sensor-System, bestehend aus einer Kombination von Stereo-Kamera und Time-of-Flight (ToF) Kamera, ermöglicht die Kompensation der Schwächen der Einzelsysteme und erlaubt somit die Generierung eines robusten dreidimensionalen Abbildes des Überwachungsbereiches. Hierbei kommen Bildverarbeitungsprozesse zum Tragen, die sowohl die Messdaten der ToF-Kamera filtern und klassifizieren als auch den Rechenaufwand des Stereo-Systems durch intelligente Verarbeitung merkmalsintensiver Bereiche reduzieren.

Projekte

 

FourByThree

Optische Arbeitsraumüberwachung von Mensch‐Roboter Kooperationsarbeitsplätzen.

 

SAPARO

Sichere Mensch-Roboter-Kooperation mit Schwerlast-Robotern in industriellen Anwendungen

 

EXECELL

Entwicklung und experimentelle Evaluation eines neuartigen optischen Arbeitsraumüberwachungssystems.

 

ViERforES

Die Sicherheit von Personen ist wesentliche Voraussetzung für die Mensch-Roboter-Interaktion und -Kooperation und damit für die Realisierung neuer robotergestützter Assistenzsysteme.