Projektionsbasierte Arbeitsraumüberwachung und intuitive MRI

Fraunhofer-Institut für fabrikbetrieb
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MENSCH-ROBOTER-KOOPERATION
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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
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb
u n d - a u t o m at i s i e r u n g I F F
Die Vision einer gemeinsamen, kooperativen Zusammenarbeit
von Mensch und Maschine im gemeinsamen Arbeitsraum wird
Institutsleiter
schon in naher Zukunft Realität werden. Wo noch heute tren-
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk
nende Schutzeinrichtungen Mensch und Roboter separieren,
werden zukünftig neuartige Technologien Arbeitsräume über-
Sandtorstraße 22
wachen und die Sicherheit des Menschen gewährleisten.
39106 Magdeburg
Sicherheit und mehr
Telefon +49 391 4090-0
Auf dem Weg zu flexiblen und dynamischen Arbeitsumgebun-
Telefax +49 391 4090-596
gen, in denen Mensch und Roboter kooperieren, hat das Fraun-
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hofer IFF auf Basis von Projektor- und Kameratechnik eine neu-
www.iff.fraunhofer.de
artige Technologie entwickelt, die neben der Gewährleistung
der Sicherheit auch zusätzliche Funktionalitäten wie zum Bei-
Ansprechpartner
spiel Interaktionsmöglichkeiten, 3D-Umgebungserfassung und
Geschäftsfeld Robotersysteme
Werkerassistenz bereitstellt. Selbstüberwachung, Reduzierung
Prof. Dr. techn. Norbert Elkmann
des Fremdlichteinflusses auf die Detektionsleistung und deter-
Telefon +49 391 4090-222
ministische Auswertealgorithmen prädestinieren das System für
Telefax +49 391 4090-250
den Einsatz in Mensch-Roboter Kooperationsszenarien. Die
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Sichtbarkeit der projizierten Sicherheitsbereiche erhöht zudem
die Transparenz für den Nutzer und gleichzeitig die Verfügbar-
Dipl.-Inf. Christian Vogel
keit der gesamten Anlage
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Telefax +49 391 4090-250
Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung
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Die vom Fraunhofer IFF patentierte Technologie beruht darauf,
dass Sicherheitsbereiche beliebiger Form direkt in die Umge-
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bung projiziert und mit Hilfe der umgebenden Kameras hinsichtlich einer Unterbrechung der Projektionsstrahlen überwacht
werden. Unter Berücksichtigung der aktuellen Gelenkstellungen
und –geschwindigkeiten eines Roboters können entsprechend
der Abstandsformel aus der Norm ISO/TS 15066 minimale Sicherheitsbereiche dynamisch um den Roboter erzeugt werden,
so dass zu jedem Zeitpunkt ein maximaler Arbeitsbereich für
den Menschen zur Verfügung steht. Diese Technologie ordnet
sich somit in das Sicherheitskonzept »Geschwindigkeits- und
Abstandsüberwachung« der Norm ISO/TS 15066 ein.
© Fraunhofer IFF, Magdeburg 06/2016
Fotos: Fraunhofer IFF; 5 Viktoria Kühne
PROJEKTIONSBASIERTE
ARBEITSRAUMÜBERWACHUNG UND
INTUITIVE MRI
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INTERAKTION, WERKERASSISTENZ
UND 3D-UMGEBUNGSERFASSUNG
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TECHNOLOGIE
Das Fraunhofer IFF führte mehrere Studien durch, mit dem Ziel
Neben dem Aspekt der Sicherheit bietet diese Technologie weite-
Belastungsgrenzen für die sichere Mensch-Roboter-Kollaborati-
re Funktionalitäten, um den Menschen bei seinen Tätigkeiten zu
on zu ermitteln. Durch Belastungsversuche an Probanden wur-
assistieren, die Interaktion zwischen Mensch und Roboter zu er-
den verifizierte Grenzwerte erarbeitet, mit denen sich die Folgen
möglichen sowie prozessrelevante Informationen bereit zu stellen.
einer Kollision oder Klemmung abschätzen und sicher begrenzen lassen. Die Ethik-Kommission der Otto-von-Guericke-Uni-
Virtuelle Schaltflächen
versität Magdeburg (OvGU) hat den verschiedenen Studien ein
Das System bietet die Möglichkeit durch interaktive Schaltflächen
positives Votum erteilt. Ärzte der OvGU aus unterschiedlichen
mit dem System, dem Roboter bzw. der Anlage zu kommunizie-
Einrichtungen und Kliniken begleiteten die Probandenstudien.
ren. Auf Basis dessen können zum Beispiel verschiedene Prozesse
ausgewählt, Abläufe gesteuert und Roboterprogramme gestartet
Studien zum Verletzungseintritt
bzw. beendet werden. Darüber hinaus können auch detektierte
Mit einer Pendelvorrichtung wurden insgesamt 25 Probanden
Sicherheitsbereichsverletzungen vor einem Wiederanlauf der An-
an mehreren Körperstellen hinsichtlich der Verletzungseintritts-
lage durch Aktivierung einer 2-händigen virtuellen Interaktionsflä-
schwelle untersucht. Hierfür wurde über einen mehrwöchigen
che bestätigt werden.
Zeitraum die Stoßenergie schrittweise erhöht, bis eine leichte
Schwellung oder ein leichtes Hämatom an der belasteten Kör-
Werkerunterstützung
perregion festgestellt wurde bzw. der Proband einen mittelstar-
Die Visualisierung von prozess-, roboter- und sicherheits-relevan-
ken Schmerz durch die Belastung verspürte. Es wurden vier un-
ten Informationen stellt einen weiteren wesentlichen Aspekt im
terschiedliche Stößel verwendet. Die Studie wurde von der
Bereich der Mensch-Roboter Kooperation dar. Dadurch kann dem
Daimler AG und KUKA AG unterstützt.
Menschen permanent der aktuelle Zustand der Anlage, des Roboters und des Prozesses übermittelt und bei Bedarf frühzeitig
Studien zum Schmerzeintritt
darauf reagiert werden. Außerdem können geeignete, den Wer-
Mit der gleichen Pendelvorrichtung wurden in der ersten Phase
ker unterstützende Einblendungen, wie zum Beispiel textuelle Ar-
einer anderen Studien 20 Probanden an über 20 Körperstellen
beitsanweisungen, Schemata oder Piktogramme den Menschen
mit Stößen ansteigender Energie belastet. Die Stoßenergie wur-
bei seiner Arbeit assistieren.
de während der Versuche soweit erhöht, bis die Schmerzeintrittsschwelle des Probanden erreicht war. In einer zweiten Stu-
3D-Umgebungserfassung
dienphase wurden 40 Probanden an den gleichen Körperstellen
Projektor- und Kameratechnik erlauben zudem eine 2 ½-dimensi-
mit einer quasi-statischen Klemmkraft belastet. Hierfür wurde
onale Erfassung des Arbeitsbereiches, wodurch das System wei-
das Druckalgometer des Instituts für Arbeitsschutz (IFA) verwen-
terhin zum Beispiel für die Erkennung von Objekten oder für die
det. Die zu untersuchende Körperstelle wurde mit einer lang-
kollisionsfreie Bahnplanung genutzt werden kann.
sam ansteigenden Klemmkraft belastet, bis die Schmerzeintrittsschwelle des Probanden erreicht war. Die Studie erfolgte im
Auftrag der Berufsgenossenschaft Holz & Metall.
1 Interaktionsflächen und Werkerassistenz.
2 Verletzung eines dynamisch generierten Sicherheitsbereiches.
1
3 Interaktion durch virtuelle Schaltflächen.
4 Projektions- und kamerabasiertes System.

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