mensch-roboter- kollaboration - Fraunhofer

Fraunhofer-Institut für fabrikbetrieb
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SICHERHEIT IN DER MENSCHROBOTER-INTERAKTION
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Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb
u n d - a u t o m at i s i e r u n g I F F
u n d - a u t o m a t i s i e r u n g I F F, M a g d e b u r g
MENSCH-ROBOTERKOLLABORATION
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MENSCH-ROBOTER-KOOPERATION
Neben den klassischen Anwendungsszenarien für Roboter im
Kollisionsvermeidung
Institutsleiter
industriellen Umfeld eröffnen sich derzeit neue Einsatzfelder für
Neue am Fraunhofer IFF entwickelte Technologien heben die
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk
Assistenzroboter in der Produktion, im Dienstleistungssektor
Trennung zwischen Mensch und Roboter auf, indem sie die
und im Heimbereich. Roboter werden künftig z. B. bei der Pro-
Arbeitsräume mit neuartigen optischen Sensorsystemen
Sandtorstraße 22
duktion von Kleinserien assistieren und mobile Roboter Trans-
überwachen, dynamische Schutzzonen berechnen und auch
39106 Magdeburg
port- und Routineaufgaben in der Produktion, im Haushalt oder
Geschwindigkeit bzw. Bewegungsrichtung des Roboters situa-
im Pflegebereich übernehmen.
tionsabhängig anpassen. Eine weitere Technologie erkennt die
Telefon +49 391 4090-0
Annäherung des Menschen an den Roboter im Nahbereich
Telefax +49 391 4090-596
Diese Einsatzfelder erfordern neue Assistenzroboter mit hoher
(Kapazitivsensorik).
[email protected]
Autonomie sowie neue Formen der nutzerfreundlichen und
www.iff.fraunhofer.de
sicheren Mensch-Roboter-Interaktion.
Ein direkter Kontakt zwischen Mensch und Roboter ist nicht
Ansprechpartner
Wesentliche Forschungsthemen des Geschäftsfeldes Robotersys-
immer zu verhindern und in manchen Szenarien sogar notwen-
Geschäftsfeld Robotersysteme
teme am Fraunhofer IFF sind:
dig. Vom Fraunhofer IFF entwickelte und patentierte taktile
Prof. Dr. techn. Norbert Elkmann
Sensoren, die wie eine künstliche Haut auf dem Roboter aufge-
Telefon +49 391 4090-222
bracht werden, können Berührungen sicher detektieren und die
Telefax +49 391 4090-250
Bewegungen des Roboters stoppen.
[email protected]
Gefahrenbewertung
www.iff.fraunhofer.de/rs
Berührungserkennung
– direkte physische Interaktion in einem gemeinsamen
Arbeitsraum (Sicherheit)
– sichere Detektion der Berührung bzw. Annäherung von
Menschen und Robotern
Das Verletzungsrisiko bei einer Kollision des Menschen mit
– Autonomie, Navigation und Lokalisierung von mobilen
einem Roboter ist von vielen Faktoren abhängig, wie z. B.
Assistenzrobotern
Kraft, Druckverteilung, Körperregion, Kollisionsfläche, Robotergeschwindigkeit und -masse sowie seinem Nachlaufweg. Die
– Wahrnehmung, Interaktion und intelligentes Verhalten von
Einflüsse der Faktoren auf die Verletzungsschwere im Kollisions-
Assistenzrobotern
fall werden in unserem Labor für Mensch-Roboter-Kollaboration
mithilfe modernster Messtechnik und -verfahren analysiert.
– Roboter-Grundfertigkeiten, d.h. Autonomiefunktionen wie
Außerdem wird die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen
untersucht, um die Schwere einer Mensch-Roboter-Kollision
Bewegungs- und Pfadplanung kombiniert mit aufgaben
signifikant zu reduzieren.
bezogenen Perzeptions- und Manipulationsfähigkeiten
Planung und Inbetriebnahme
– intuitive Roboterprogrammierung durch Nutzung intelligente
Grundfertigkeiten
Durch umfassende Ist-Situation Analyse und Nutzung innovative
Technologie planen und entwickeln wir neuartigen MRK-Anla-
– intuitive und multimodale Interaktion mit dem Roboter
gen für die Produktion die höchsten Ansprüchen an Qualität,
(zum Beispiel Gesten, Führen u.v.m.)
Ergonomie und natürlich Produkt- und Personensicherheit
erfüllen.
© Fraunhofer IFF, Magdeburg 06/2016
Fotos: Fraunhofer IFF; 7 Viktoria Kühne
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AKTUELLE PROJEKTE
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Innovativer serviceroboter mit autonomie und intuitiver
Funktionalitäten wie zum Beispiel Interaktionsmöglichkeiten,
Bedienung für efﬁziente Handhabung und Logistik
3D-Umgebungserfassung und Werkerassistenz bereit.
Hybride Sensorsysteme zur Kollisions- und
(ISABEL)
(www.fourbythree.eu)
Annäherungsdetektion (TAKSENS)
In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geför-
Hybride, aus taktilen und kapazitiven Sensoren bestehende
derten Verbundprojekt werden vom Fraunhofer IFF neue Ansätze
Safe Human-Robot Cooperation with high payload robots
Sensorsysteme bilden die technologische Basis für neuartige Si-
im Bereich der Schlüsseltechnologie »Sensorik und Perzeption«
in industrial applications (SAPARO)
cherheits- und Interaktionskonzepte. Durch die Kombination der
erforscht. Dabei werden spezielle Lichtfeldkameras und intelligen-
Das innovative Arbeitsraumüberwachungssystem mit dynami-
beiden unterschiedlichen Sensortechnologien können Berührun-
te Algorithmen entwickelt, die zum Erkennen und Lokalisieren
schen Schutzbereichen für MRK-Applikationen basiert auf ei-
gen, aber auch Personen im Nahbereich des Roboters zuverläs-
von zu handhabenden Objekten eingesetzt werden sollen.
nem taktilen Fußboden zur exakten Positions- und Bewegungs-
sig erkannt werden. Die vom Fraunhofer IFF entwickelten und
Anwendungsfelder sind die Halbleiterfertigung und die Life-
erkennung des Menschen und einem Projektionssystem zur
patentierten taktilen Sensoren stellen eine wichtige Schlüssel-
Science-Automation. (www.projekt-isabel.de)
Visualisierung von prozess-, roboter- und sicherheitsspezifischen
technologie für die Mensch-Roboter-Interaktion dar und kommen
Informationen. Das am Fraunhofer IFF entwickelte Sicherheits-
in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz, z. B. für die sichere
Mobile Roboter in der Fabrik der Zukunft (VALERI)
konzept ermöglicht somit im Besonderen die Kooperation von
Mensch-Roboter-Interaktion (Kollisionsdetektion und -dämpfung)
Das von der EU geförderte und durch das Fraunhofer IFF koor-
Mensch und Robotern, die hohe Traglasten und große Reich-
oder als intelligenter Fußbodenbelag zur Personenlokalisation.
dinierte Projekt erforscht den Einsatz von mobilen Robotern für
weiten aufweisen.
die Fabrik der Zukunft. Mobile Roboter sollen ohne trennende
(www.echord.eu/saparo/)
Studien zur Bestimmung biomechanischer
Schutzräume Seite an Seite mit Menschen agieren können und
Belastungsgrenzen
selbständig Aufgaben wie optische Inspektion oder Dicht-mitt-
Forschungscampus STIMULATE
Mit einer vom Fraunhofer IFF entwickelten Messvorrichtung
elapplikation bei der Herstellung von großen Komponenten aus
Im Rahmen des STIMULATE-Projektes -Forschergruppe Robo-
werden erstmals Kollisionsversuche durchgeführt, um die
dem Flugzeugbau ausführen. (www.valeri-project.eu)
tik- entwickelt das Fraunhofer IFF neue Robotik-Technologien
biomechanischen Auswirkungen von Roboter-Kollisionen auf
für konkrete Anwendungen in der Medizin. Zu den Anwen-
den Menschen zu untersuchen. Anhand dieser Studie sollen
Konzeptplattform für mobile Manipulation (ANNIE)
dungsszenarien zählt insbesondere die Elektrodenplatzierung
gesundheitliche Risiken und Verletzungsschweregrenzen erar-
Auf Basis der am Fraunhofer IFF entwickelten mobilen Plattform
für Radiofrequenzablationen bei Wirbelsäulentumoren. Dabei
beitet werden mittels derer die funktionellen und gestalterischen
»ANNIE« werden Schlüsseltechnologien aus den Bereichen
liegt der Schwerpunkt in der Entwicklung und Implementierung
Anforderungen zur Entwicklung neuer Technologien für die siche-
Perzeption, Navigation, Sicherheit, Softwarearchitektur und
eines Assistenzrobotersystems zur Verbesserung der Ergono-
re Mensch-Roboter-Kollaboration abgeleitet und evaluiert werden
Interaktion auf dem neuesten Stand der Technik integriert. Ziel
mie, Strahlenhygiene und Präzision. Zudem stehen die sichere
können. Weiterhin werden die Ergebnisse in Form von Grenzwer-
ist die Entwicklung eines zukunftsweisenden Systems mit den
Mensch-Roboter-Kollaboration und die intuitive Mensch-Robo-
ten in die internationale Normung eingebracht.
benötigten autonomen Basisfertigkeiten für Anwendungen wie
ter-Interaktion mit im Vordergrund des Projektes.
die Verkettung von Maschinen, Hol- und Bringdienste sowie
Colrobot
Inspektions- und Überwachungsaufgaben in industriellen und
Das von der EU geförderte ColRobot-Projekt vereint neuste Tech-
kommerziellen Anwendungen.
nologien der Robotik um den Ansprüchen industrieller Montage-
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prozesse zu begegnen. Der mobile Assistenzroboter arbeitet Seite
Fourbythree
an Seite mit dem mit Menschen und agiert als »dritte Hand«
Das durch die EU geförderte Projekt FourByThree verfolgt das
1 Überwachung und Visualisierung dynamischer Schutzbereiche.
welche beim Halten von Montageteilen assistiert, oder für Hol-
Ziel, flexible und dynamische Arbeitsumgebungen in denen
2 Stoßuntersuchung eines Probanden am Oberarm.
und Bringdienste eingesetzt wird. Dabei bewegt sich der Roboter
Mensch und Roboter kooperieren, zu ermöglichen. In diesem
3 Leichtbauroboter mit Trokar zur Elektrodenplatzierung.
völlig autonom. Aktuell wird an der Umsetzung des ColRo-
Rahmen wird die projektions- und kamerabasierte Technologie
4 Kleinroboter Agilus mit taktilen Sensoren.
bot- Projekts im Bereich der Automobil- und Luftfahrtindustrie
zur sicheren Arbeitsraumüberwachung weiterentwickelt und
5 Assistenz bei der Montage unhandlicher Teile.
gearbeitet. (www.colrobot.eu)
stellt neben der Gewährleistung der Sicherheit auch zusätzliche
6 Verletzung eines dynamisch generierten Sicherheitsbereichs.

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