Neue Entwicklungen in der mobilen Assistenzrobotik

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Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF

Assistenzroboter Valeri – Mobiler Roboter in der Flugzeugindustrie

Ein weiterer mobiler Assistenzroboter wurde im Rahmen des von der EU geförderten Forschungsprojektes Valeri unter Koordination des Fraunhofer-IFF entwickelt. In dem Valeri-Projekt wurde am Beispiel des Auftragens der Dichtmasse am Flugzeugrumpf und beim Prüfen von Bauteilen am Airbus-DS-Standort in Sevilla demonstriert, dass mobile Assistenzroboter im industriellen Umfeld effizient und zuverlässig eingesetzt werden können. Menschen und Roboter arbeiten dabei direkt nebeneinander, oftmals sogar an demselben Bauteil. Der Projektpartner Kuka hat einen Roboter „Omni-Rob“ durch eine drehbare, vertikale Linearachse ergänzt, sodass der komplette Assistenzroboter Valeri zwölf Freiheitsgrade und einen menschenähnlichen Arbeitsraum besitzt. Das Fraunhofer-IFF entwickelte taktile Sensoren und ein kamerabasiertes Arbeitsraum-Überwachungssystem zur Gewährleistung der sicheren Mensch-Roboter-Kollaboration. Zuvor ermittelten die Forscher maximal zulässige Geschwindigkeiten für den Roboter, um die biomechanische Belastungsgrenzen für die eventuell kontaktierten Körperteile nicht zu überschreiten. Diese Vorgehensweise ist wichtig, denn nur mit einer solchen Validierung können kollaborierende Roboter im Absicherungsmodus Kraft-und-Leistungsbegrenzung laut ISO/TS 15066 eingesetzt werden. Die taktilen Sensoren können zudem für die haptische Interaktion mit dem Roboter verwendet werden. Über den Kontakt direkt am Roboter kann der Bediener alle Freiheitsgrade des Roboters intuitiv und einfach bewegen, um ihn zu teachen oder einfach mal beiseite zu schieben. Das Arbeitsraum-Überwachungssystem besteht aus einem Tiefenbildsensor mit drei Stereokamerapaaren. Es erfasst die Bewegung des Werkzeugs am TCP und legt ein virtuelles Schutzfeld nur um diesen zu überwachenden Bereich, bei dem keine Kollision mit dem Menschen auftreten darf.

Optische Arbeitsraumüberwachung von Mensch-Roboter-Arbeitsplätzen

Im EU-Projekt „FourByThree“ wird die vom Fraunhofer-IFF patentierte Technologie zur optischen Arbeitsraumüberwachung von Mensch-Roboter-Kooperationsarbeitsplätzen bei vier Endanwendern in industriellen Szenarien eingesetzt. Dazu wird das auf Projektor- und Kameratechnik basierende System optimiert sowie die Software erweitert, um den Anforderungen hinsichtlich der Einsatzfähigkeit in verschiedensten Umgebungen bei hoher Verfügbarkeit und bezüglich der funktionalen Sicherheit zu genügen. Einen weiteren Aspekt stellt zudem die Flexibilität und Anpassbarkeit des Systems an unterschiedlichste Mensch-Roboter-Kooperationsarbeitsplätze dar, aufgrund dessen modular erweiterbare Projektor-Kamera-Einheiten entwickelt werden, die in einfacher Weise an die Anforderungen der jeweiligen Szenarien adaptiert werden können. Neben der Gewährleistung der Sicherheit wird diese Technologie weiterhin als Visualisierungs-, Werkerassistenz- und Interaktionssystem eingesetzt und stellt somit dem Werker eine Vielfalt an Möglichkeiten zur Darstellung von Informationen, Unterstützung und der intuitiven Kommunikation mit dem Roboter zur Seite.

Die Assistenzrobotik findet aktuell den Weg in die Industrie. Mobile Assistenzroboter werden zunächst zu Demonstrations- und Testzwecken in der Industrie zum Einsatz kommen. Solche erste Anwendungen mit stationären Industrierobotern wurden bereits umgesetzt. In naher Zukunft wird die Mensch-Roboter- Kollaboration in der Industrie Alltag sein. Doch der Weg zu den mobilen Assistenzrobotern, die in unterschiedlichsten Umgebungen den Menschen mit unterschiedlichen Aufgaben unterstützen, ist noch mit Forschungsarbeiten verbunden. MM

* Prof. Dr. techn. Norbert Elkmann ist Leiter Geschäftsfeld Robotersysteme am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Dipl.-Ing. Christoph Walter, José Saenz M. Sc. und Dipl.-Inf. Christian Vogel sind wissenschaftliche Mitarbeiter am Fraunhofer-IFF; Kontakt: Tel. (03 91) 4 09 02 22, norbert.elkmann@iff.fraunhofer.de

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