Gemeinsame Nutzung von Arbeitsräumen
Interaktion von Mensch und Roboter
Im industriellen Umfeld lassen sich zukünftige anspruchsvolle Aufgabenstellungen effizient bewältigen, wenn sie durch die Zusammenarbeit von Mensch/Roboter-Teams gelöst werden. Eine Voraussetzung dafür ist, dass der Roboter den Menschen wahrnimmt und auf seine Handlungen reagiert.
Beim Einsatz von Robotern in der Produktion wird nach heutigem Stand der Technik die Sicherheit durch eine strikte Trennung vom Menschen gewährleistet. Mit Hilfe von Zäunen, Lichtschranken und ähnlichen Sicherheitsvorkehrungen wird das Betreten des Aktionskreises des Roboters unterbunden bzw. erkannt und gegebenenfalls ein Nothalt ausgelöst. Diese Vorkehrungen verhindern jedoch die gemeinsame Nutzung von Arbeitsräumen durch Menschen und Roboter sowie eine enge physische Zusammenarbeit.
Kollisionen verhindern
Die Interaktion von Mensch und Roboter setzt eine multisensorielle Überwachung des Arbeitsbereichs voraus, denn nur dadurch kann Sicherheit von Menschen im Arbeitsraum des Roboters gewährleistet werden. Sie stellt eine Repräsentation der statischen und dynamischen Roboterumgebung zur Verfügung. Auf dieser Grundlage erkennt der Roboter mögliche Kollisionen z.B. mit Menschen und kann diese rechtzeitig vermeiden. Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Karlsruhe hat dafür ein Verfahren entwickelt. Durch die Informationsfusion mehrerer Tiefensensoren können dynamische Hindernisse verfolgt und ihre Position und Geschwindigkeit geschätzt werden. Das erlaubt eine Vorhersage der Bewegungen und eine frühzeitige Erkennung möglicher Kollisionen. Außerdem wird in der unmittelbaren Roboterumgebung eine 3D-Darstellung der Hindernisse berechnet. Sie berücksichtigt auch den durch die Hindernisse und den Roboter verdeckten Bereich, der für die Sensoren nicht einsehbar ist. So ist eine konservative Abschätzung des Abstands des Roboters zu den Hindernissen möglich. Darauf aufbauend können mit geeigneten Regelungs- und Planungsstrategien des Roboters Gefahrensituationen vermieden werden. Damit eine kollisionsfreie Bahn geplant werden kann, werden sowohl eine Karte statischer Hindernisse, als auch die detektierten dynamischen Hindernisse berücksichtigt. Der Abstand des Roboters zu den Hindernissen wird fortlaufend überwacht. Falls der Roboter ein unerwartetes Hindernis registriert, wird durch Verlangsamen des Roboters oder die Anpassung der geplanten Bahn eine Kollision vermieden.
Physische Interaktion
Die Interaktion des Roboters mit seiner Umgebung umfasst sowohl die Kommunikation zwischen Mensch und Roboter, als auch die physische Interaktion mit Gegenständen (z. B. Werkzeugen). Die Kommunikation erfolgt durch Gesten. Der Mensch kann z. B. auf ein Objekt zeigen, das ihm der Roboter bringen soll. Die Gesten erkennt der Roboter mit Hilfe einer Tiefenkamera, die am Arbeitsplatz montiert ist. Um eine physische Interaktion des Roboters mit Menschen zu ermöglichen, werden die dabei entstehenden Kräfte gemessen und beispielsweise verwendet, um den Zeitpunkt des Loslassens eines Gegenstands bei der Übergabe zu steuern. Auch die Interaktion des Roboters mit Gegenständen erfordert eine Anpassung an die aktuelle Situation. So ist beispielsweise die genaue Lage zu greifender Objekte im Allgemeinen nicht bekannt. Daher wird der Roboter mit einer zusätzlichen Tiefenkamera am Greifer ausgestattet, mit deren Hilfe die Objektgröße und -lage geschätzt werden kann. Durch die Integration der Arbeitsraumüberwachungs-, Planungs-, Interaktions- und Gestenerkennungskomponenten konnte die Zusammenarbeit eines mobilen Manipulators mit einem Menschen gezeigt werden. Hierbei greift der Roboter die von einem Arbeiter benötigten Werkzeuge von einem Tisch, transportiert sie zum Arbeitsplatz des Arbeiters und übergibt sie an ihm.
