Mensch-Roboter-Kollaboration Sichere Roboter durch Radartechnik

Redakteur: Katharina Juschkat

Forscher haben eine Radartechnik entwickelt, die die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern sicherer macht – auch bei schwereren Robotern.

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Ein Ring aus acht Radarsensoren soll kollaborative Roboter sicherer machen.
Ein Ring aus acht Radarsensoren soll kollaborative Roboter sicherer machen.
(Bild: Fraunhofer IAF)

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF haben eine Radartechnik für eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration entwickelt. Ein erster Demonstrator zeigt die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter bei der Montage einer Bremsscheibe.

Das Projekt Rokora

Seit 2017 hat das Fraunhofer IAF gemeinsam mit sechs Partnern an neuen Lösungen für eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) geforscht. Im Dezember 2020 gelang der Abschluss des Projektes mit einem funktionierenden Demonstrator. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Das waren die Projektpartner:

- Fraunhofer IAF
- Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI
- IMST
- Universität Kassel
- Fanuc
- Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV)
- Audi

Demonstrator zeigt Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter

Bisher kommen bei der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) üblicherweise hauptsächlich Leichtbauroboter zum Einsatz, da sie eine bestimmte Kraft für eine sichere Zusammenarbeit nicht überschreiten dürfen. Die Forscher im Projekt haben jetzt eine kontaktlose 3-D-Sensorik entwickelt, die im Vergleich zu bisherigen Konzepten auf größere Distanz den gesamten Kollaborationsraum überwacht und die Robotergeschwindigkeit und -bewegungsrichtung dynamisch anpasst.

Der Demonstrator zeigt einen Radarsensor-Ring mit dazugehörigem Sensorknoten. Damit wird eine 360°-Distanzmessung auch bei Dunst, Rauch, Staub und sonstigen optischen Einflüssen möglich. Das System kann auch dielektrische Objekte durchdringen. Damit hat der Demonstrator eine größere Messreichweite als gängige kapazitiven Sensoren und eine erhöhte Robustheit im Vergleich zu optischen Alternativen. Das System ermöglicht zudem die Zusammenarbeit mit großen und leistungsstarken Robotern mit höheren Nutzlasten in kürzeren Taktzeiten.

Wie das funktioniert

Auf der Basis der Umgebungsmessung durch das Radar kann der optimierte Bewegungsablauf für den Roboter berechnet werden. „Er kann sich berührungslos und dynamisch an die Interaktion mit dem Menschen anpassen“, erklärt Christian Zech, Projektkoordinator am Fraunhofer IAF. Der Sensorring kann potenziell als Plug-&-Play-Teil an jeder relevanten Roboterachse angebracht werden. In Verbindung mit einer Echtzeitauswertung ermöglicht er so eine sichere MRK bei nahezu allen Prozessabläufen und Interaktionen.

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Die Forscher haben für die Sensortechnologie verschiedene Kontrollmechanismen entwickelt und implementiert. Aktuell besteht der Sensorring aus 16 Radarmodulen, von denen acht für eine 360°-Überwachung ausreichen. Die zusätzlichen acht Module fungieren als funktionale Redundanz. Auch die Datenverarbeitung im Sensorknoten verfügt über Sicherheitskontrollen: Zwei Prozessoren werten die Messdaten unabhängig voneinander aus und ein dritter gleicht die Ergebnisse ab, bevor die Informationen zur Steuersoftware des Roboters weitergeleitet werden.

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