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Sicherheit ohne Schutzzaun in der Robotik
Archiv | 09.07.2011 | Roboter sind aus der modernen Arbeitswelt nicht mehr wegzudenken – in der Produktion, im Labor oder in der Medizin assistieren sie den Menschen. Ein neues projektions– und kamerabasiertes System sorgt künftig dafür, dass es bei der Zusammenarbeit nicht zu Kollisionen kommt.
Vorsichtig hebt und positioniert der Roboter ein schweres Bauteil,
währenddessen schweißt ein Mitarbeiter direkt daneben leichte
Aluminiumwerkstücke an eine Maschine an. Zwar sind solche Szenarien
derzeit noch Zukunftsmusik, nach dem Willen der Industrie werden sie
jedoch schon bald zum Arbeitsalltag gehören. Vor allem bei
Montagetätigkeiten sollen sich Mensch und Roboter künftig ergänzen und
ihre speziellen Fähigkeiten für die Zusammenarbeit nutzen: Der stählerne
Assistent könnte seine Kraft, Ausdauer und Geschwindigkeit ausspielen –
der Mensch hingegen seine Fingerfertigkeit und sein motorisches
Geschick. Derzeit sind die automatischen Helfer jedoch meist von
Schutzzäunen umgeben. Die Arbeitsschutzvorschriften erlauben den Kontakt
zwischen Personen und Robotern nur unter bestimmten Bedingungen – zu
groß ist die Gefahr, dass sich Menschen verletzen. Um die Zusammenarbeit
dennoch zu ermöglichen, sollen neue Technologien Arbeitsräume und
Sicherheitsbereiche definieren, die der Mensch nicht betreten darf. Beim
Überschreiten dieser Schutzzonen wird der Roboter gestoppt oder
verlangsamt. Eine neuartige Lösung zur hochflexiblen
Arbeitsraumüberwachung haben jetzt Forscher des Fraunhofer-Instituts für
Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg im Projekt
»ViERforES« entwickelt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für
Bildung und Forschung gefördert.
Bei dieser Sicherheitslösung
kommen herkömmliche Projektoren und Kameras zum Einsatz, die in der
Regel an der Decke angebracht werden. Die Besonderheit des Systems: Die
zu überwachenden Schutzzonen werden direkt auf den Fußboden oder auch an
die Wand projiziert. Dabei zeichnen die Projektionsstrahlen sichtbare
Linien in den Arbeitsraum. Menschen erkennen das Schutzfeld somit sofort
und wissen, wie weit sie sich dem Roboter nähern dürfen. Werden die
Sicherheitsbereiche durch Betreten von Personen verletzt, so erkennt die
Kamera dies umgehend – die projizierten Linien werden unterbrochen. Der
Roboter bremst sogleich. Zusätzlich lassen sich optische und akustische
Warnsignale erzeugen. Eine weitere Besonderheit: Die markierten
Bereiche können in ihrer Lage und Größe variieren und beliebige Formen
annehmen – etwa einen Kreis, ein Rechteck oder variable Freiformen. »Wir
verwenden übliche Standardkomponenten, daher lässt sich unsere Lösung
kostengünstig installieren. Beamer und Kamera sind zueinander kalibriert
und synchronisiert«, sagt Dr. Norbert Elkmann, Geschäftsfeldleiter am
IFF. Soll eine größere Fläche überwacht werden, kann das System um
zusätzliche Projektoren und Kameras erweitert werden.
Das
Überwachungssystem arbeitet mit moduliertem Licht. »Das hat den Vorteil,
dass es auch bei Fremdlichteinflüssen wie Sonneneinstrahlung und
Schatten zuverlässig einsetzbar ist. Bisherige rein kamerabasierte
Systeme zur Raumüberwachung arbeiten nur bedingt fremdlicht-unabhängig«,
erklärt Elkmann. Die Experten können das System darüber hinaus mit
Robotersteuerungen koppeln und so das Warn- oder Schutzfeld dynamisch
anpassen. Arbeitet der Roboter zum Beispiel zeitweise nur im linken
Bereich seines Arbeitsraums, muss nicht der maximale Roboterarbeitsraum
gesichert werden.
Elkmann und sein Team haben ihr Verfahren zum
Patent angemeldet. Ein Prototyp ist bereits vorhanden. Die
Anwendungsmöglichkeiten des projektions- und kamerabasierten Systems
beschränken sich nicht nur auf die sichere Mensch-Roboter-Interaktion.
Auch andere sicherheitsrelevante Bereiche wie öffentliche Gebäude können
überwacht werden. Das System lässt sich auch dort einsetzen, wo die
Schutzzonen nicht erkennbar sein sollen – mittels Projektion von nicht
sichtbarem Licht.
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