Roboter – sichere Helfer des Menschen

Forschung und Entwicklung im Geschäftsfeld Robotersysteme

Sichere Arbeitsraumüberwachung

© Fraunhofer IFF
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© Fraunhofer IFF, Dirk Mahler

Flexible Produktion durch sichere Mensch-Roboter-Interaktion (im Rahmen des Projekts ViERforES)

Im Bereich der Produktion und der Fertigung geht die Entwicklung hin zu höchster Flexibilität, hohem Durchsatz und hoher Variantenvielfalt. Dies bedingt adaptive Produktionssysteme, die eine maximale Effizienz erzielen. Ein wesentlicher Bestandteil der adaptiven und flexiblen Produktion ist die Mensch-Roboter-Interaktion und -Kooperation. Mobile Roboter transportieren Werkstücke und z.B. Roboter zur Bearbeitung innerhalb der Produktion und teilen den Arbeitsraum mit dem Menschen. Manipulatoren bzw. Roboter handhaben, bearbeiten, montieren oder vermessen Werkstücke, ohne von einem Schutzzaun abgetrennt zu sein. Mensch und Roboter können so jeweils ihre Stärken optimal umsetzen (Mensch: Flexibilität, komplexe Montagevorgänge, schnelle Reaktion bei wechselnden bzw. abweichenden Abläufen; Roboter: Nutzlast, Wiederholgenauigkeiten, Präzision). Die bisherige strikte örtliche Trennung von stationären Knickarmrobotern und dem Menschen ist aufgehoben.

Die Sicherheit ist die wesentliche Voraussetzung für die Mensch-Roboter-Interaktion und -Kooperation in der flexiblen Produktion. Eine Verletzung des Menschen muss definitiv ausgeschlossen werden. Es besteht insbesondere die Herausforderung einer zuverlässigen und sicheren Erfassung von Personen und deren Bewegung im Arbeitsraum des Roboters. Hierzu ist eine komplexe Multisensorik notwendig, um die Personen- und Bewegungserfassung zuverlässig zu gewährleisten.

Es wurden im Rahmen des im Jahr 2010 abgeschlossenen Projektes Verfahren und Technologien entwickelt, die Objekte wie beispielsweise Personen im Arbeitsraum des Roboters zuverlässig erfassen und den Roboter entsprechend reagieren lassen. Hierfür war die Etablierung effektiver dynamischer Schutzräume in Abhängigkeit von der Position und dem konkreten Arbeitsschritt des Roboters notwendig.

Durch die sensorische Erfassung des Arbeitsraumes und der Mensch-Roboter-Interaktion ist es möglich, Arbeitsräume zu analysieren, eventuelle Kollisionen und Gefahren für den Menschen zu erkennen sowie die Bewegungsplanung des Roboters vor Bewegungsausführung auf Gefahren hin zu überprüfen. Durch Einbeziehung von VR- und AR-Techniken können vielfältige Tests mit unterschiedlichen Szenarien durchgeführt werden.

Arbeitsraumüberwachung mit ortsfesten und mobilen Sensoren für die Mensch-Roboter-Koexistenz und -Kooperation

  • Entwicklung der Systemarchitektur einer sicheren Arbeitsraumüberwachung inkl. aller Sensorikkomponenten
  • Aufbau eines multisensorischen Systems zur sicheren Arbeitsraumüberwachung
  • ganzheitliche Modellierung der nicht-physischen Eigenschaften der sicherheitsrelevanten eingebetteten Systeme
  • Einbindung von Techniken der erweiterten Realität in die Arbeitsraumanalyse

Das Verbundvorhaben ViERforES wird im Rahmen des Programms IKT2020 des BMBF mit dem Schwerpunkt »Virtuelle und Erweiterte Realität« gefördert und vom Projektträger Softwaresysteme und Wissenstechnologien im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Berlin betreut.