Robotik So wird die Roboter-Mensch-Kollaboration noch sicherer

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Am Fraunhofer IWU wurde eine Möglichkeit geschaffen, die Roboter auf Menschen noch sensibler reagieren lässt. Kameras und Sensoren spielen die Hauptrolle.

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.

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