Mobiler Roboter für Prüfaufgaben erlaubt sichere Mensch-Roboter-Kollaboration

Im Auftrag von Bosch und Siemens Hausgeräte (BSH) haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPA ein neues mobiles Robotersystem für die automatisierte Prüfung von Geschirrspülern entwickelt. Ein Schwerpunkt war dabei die Sicherheit des Anwenders: Das Sicherheitskonzept umfasst die Absicherung des Arbeitsraums mit Laserscannern, erlaubt aber auch das Handführen des Roboters mit Hilfe eines Zustimmtasters.

In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Robotik stark weiterentwickelt. Roboter haben die Werkshallen verlassen und unterstützen nun auch Menschen in ihrem Alltag. Menschen und Roboter sollen Aufgaben zunehmend gemeinsam bearbeiten. Konzepte zum intuitiven Einlernen von Bewegungsabläufen sehen vor, dass Menschen nahe an den Roboter herantreten und ihn an die Hand nehmen.

Dabei muss sichergestellt sein, dass von den Robotersystemen keine Gefahr für den Nutzer ausgeht. »Sicherheit ist essenziell für die Entwicklung von Robotern. Erst wenn man weiß, dass ein Roboter keinen Menschen gefährdet, kann man darüber diskutieren, wie er den Anwender unterstützen und entlasten kann«, sagt Theo Jacobs, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme.

Das Fraunhofer IPA ist seit vielen Jahren aktiv an der Entwicklung von Sicherheitsstandards für Serviceroboter im ISO-Normierungsgremium TC 184/SC2 beteiligt. So war es maßgeblich an der Fertigstellung der neuen Norm ISO 13482 »Sicherheitsanforderungen für persönliche Assistenzroboter« beteiligt und wirkt aktiv bei der Weiterentwicklung der Norm ISO 10218 »Sicherheitsanforderungen für Industrieroboter« mit.

Durch ihre Mitarbeit in der Normung können die Forscher der Industrie Wissen aus erster Hand für ihre Entwicklungen zur Verfügung stellen und sie bei der Umsetzung neuer, sicherer Serviceroboterlösungen unterstützen. »Sicherheitsnormen entwickeln sich ständig weiter. Nur wenn man hier den Überblick hat, kann man konkurrenzfähige Produkte auf den Markt bringen«, erläutert Jacobs.

Umsetzung bei BSH

Forscher des Fraunhofer IPA haben für BSH ein mobiles Robotersystem entwickelt, das die komplette Bedienung der Geschirrspüler im Rahmen der Qualitätssicherung übernimmt. Im automatisierten Dauerbetrieb werden Schmutz und Reinigungstabs eingefüllt und die Maschine dann wieder gestartet.

Das Thema Sicherheit war dabei eine große Herausforderung, denn um die zur Bedienung der Spüler notwendigen Handgriffe einzulernen, sollen Bediener nah an den Roboter herantreten und diesen sogar handführen können. Dies wurde durch den Einsatz eines ergonomisch im Werkzeug integrierten zweistufigen Zustimmtasters erreicht.

Während des Einlernens von Bewegungen über das Bedienpanel überwachen Laserscanner an den Ecken der mobilen Basis den Bereich um den Roboter herum. Kommt eine Person dem Roboter zu nahe, werden alle Bewegungen gestoppt. Abhängig davon, ob die mobile Plattform oder der Arm des Roboters bewegt wird, wird dabei zwischen verschiedenen Schutzfeldgrößen umgeschaltet.

Die Eigenschaften des Roboterarms, einem Manipulator der Firma Universal Robots, werden im Sicherheitskonzept speziell berücksichtigt. Insbesondere wird genutzt, dass der Arm in gewissen Grenzen eigensicher ist und so beispielsweise in einigen Situationen weiter aktiv bleiben kann, während die stärkeren und damit gefährlicheren Achsen der mobilen Roboterplattform abgeschaltet werden müssen.

Kern des Sicherheitskonzepts ist eine Sicherheitssteuerung von SICK, in der Sensordaten und die Signale der Nothaltsysteme zusammenlaufen. Darüber hinaus wurde eine Schnittstelle zum Roboter-Betriebssystem ROS implementiert, das auf dem mobilen Roboter zum Einsatz kommt. Diese ist so gestaltet, dass Inkonsistenzen und Fehler in der nicht sicherheitsgerichteten Software erkannt werden. Umgekehrt ist jedoch sichergestellt, dass ein Fehler in der Software die Integrität der sicheren Steuerung nicht beeinträchtigt.

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Dipl.-Ing. Theo Jacobs, Telefon +49 711 970-1339, theo.jacobs@ipa.fraunhofer.de

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