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 soll dafür sorgen, dass es bei der Zusammenarbeit nicht zu Kollisionen kommt.
Vorsichtig hebt und positioniert der Roboter ein schweres Bauteil, während ein Mitarbeiter direkt daneben leichte Aluminiumwerkstücke an eine Maschine anschweißt. Solche Szenarien sind derzeit noch Zukunftsmusik, sollen aber nach dem Willen der Industrie 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 seine Fingerfertigkeit und 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 Techniken Arbeitsräume und Sicherheitsbereiche definieren, die der Mensch nicht betreten darf. Beim Überschreiten dieser Schutzzonen wird der Roboter gestoppt oder verlangsamt. Eine neue Lösung für die flexible Arbeitsraumüberwachung haben jetzt Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg im Projekt „ViERforES“ entwickelt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird.
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 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 und 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 wie einen Kreis oder ein Rechteck. Auch variable Freiformen sind möglich. „Da wir übliche Standardkomponenten verwenden, lässt sich unsere Lösung kostengünstig installieren“, sagt Dr. Norbert Elkmann, Geschäftsfeldleiter am IFF. „Beamer und Kamera sind zueinander kalibriert und synchronisiert.“ Soll eine größere Fläche überwacht werden, lässt sich das System um zusätzliche Projektoren und Kameras erweitern.
Das Überwachungssystem arbeitet mit moduliertem Licht. „Das hat den Vorteil, dass es auch bei Fremdlichteinflüssen wie Sonneneinstrahlung und Schatten zuverlässig einsetzbar ist“, weiß Elkmann. „Bisherige rein kamerabasierte Systeme zur Raumüberwachung arbeiten nur bedingt unabhängig von Fremdlicht.“ Die Experten können das System zudem 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. In diesem Fall arbeitet das System mit nicht sichtbarem Licht.
Franz Miller Fraunhofer-Gesellschaft, München
Fraunhofer IFF, Magdeburg, Tel. (0391) 40900
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