Wartungsroboter, die sehen und fühlen

Durch ein Leck in einer Gasleitung droht auf der Bohrinsel eine gewaltige Explosion. Doch Rettung naht: Ein kantiger aber äußerst beweglicher Wartungsroboter macht sich auf den Weg, um das Ventil für die defekte Gasleitung zuzudrehen. Welches dabei das richtige ist, zeigt ihm sein menschlicher Bediener, der den Roboter aus der Ferne steuert. Hindernisse oder für den Job wichtige Objekte entdeckt der mobile Roboter dabei selbst, passt seine Bewegungen entsprechend an und tickert gleichzeitig wichtige Informationen an das Wartungspersonal, das ihn steuert. Und tatsächlich: Zielsicher schließt dieses Mensch-Maschine-Team das Ventil. Die Gefahr ist gebannt.

So könnte der Alltag für neuartige Wartungsroboter aussehen. Die von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart, des Karlsruher Institut für Technologie sowie den Industriepartnern Beckhoff GmbH, metaio GmbH, GPS GmbH und Schunk GmbH & Co. KG im Projekt ImRoNet entwickelten Robotersysteme beweisen nun auf der AUTOMATICA erstmals ihre Praxistauglichkeit vor Publikum. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. »Unser Ziel war es, neue Verfahren und Komponenten zu entwickeln, die eine intuitive Bedienung von mobilen Robotern ermöglichen. Dieses Ziel haben wir erreicht«, bilanziert Dr. Birgit Graf, Gruppenleiterin im Bereich Servicerobotik am IPA. Wichtige Voraussetzung für die Benutzerunterstützung ist, dass Sensoren die Umgebung detailliert erfassen – die Roboter können »sehen« und »fühlen«. Dadurch kann der Wartungsgehilfe nicht nur Hindernissen ausweichen, sondern auch einfache Arbeiten selbst erledigen. Etwa präzise ein Stellrad greifen und genau mit der richtigen Kraft auf- oder zudrehen.

Grundbedingung für ein solches Robotersystem ist, dass es absolut unfallfrei seine Aufgaben erledigt. Damit der frei bewegliche Roboterarm nicht versehentlich Menschen und Maschinen schädigt, haben die Wissenschaftler eine dynamische Pfadplanung entwickelt, durch die Zusammenstöße verhindert werden. Damit der Roboter weiß wie es um ihn herum aussieht, schafft er sich automatisch eine Karte seiner aktuellen Umgebung. Dafür haben ihn die IPA-Forscher mit einer speziellen 3-D-Tiefensensorik ausgestattet. Die liefert statt üblicher Farbaufnahmen räumliche Entfernungsbilder, aus denen genau hervorgeht, wo ein Hindernis lauert. Dank der Sensorik können die Serviceroboter auch für die jeweilige Aufgabe relevante Objekte erkennen, etwa Anzeigen, die sie ablesen sollen. Sämtliche Informationen erhält zudem das Wartungspersonal, das den Roboter untersützt. Über eine intuitive Benutzerschnittstelle kann das Personal via Web in das Geschehen eingreifen. Die Forscher haben dafür verschiedene Varianten entwickelt: So werden nicht nur Kamerabilder und Umgebungsmodelle übertragen, sondern mit Augmented-Reality (AR) auch Wartungsinformationen dargestellt. Haptisches Feedback erleichtert die Steuerung des Roboters: Droht der Roboter zum Beispiel vor eine Wand zu laufen, vibriert das Eingabegerät. Über die Schnittstelle lässt sich aber auch direkt eine Drehbewegung übermitteln.

Mobile Roboter können durch den Einsatz von AR auch das Personal vor Ort unterstützen. Der stählerne Gehilfe verfügt für dieses Szenario über ein am Roboterarm angebrachtes Bedienpanel mit einer 6-D-Maus, über die der Wartungsmitarbeiter den Arm steuern sowie den Roboter bewegen kann. Das Panel ist zudem mit einer Kamera sowie einem Bildschirm ausgestattet ist, auf dem das Bild der Kamera übertragen wird. In diese Aufnahme lassen sich weitere Informationen wie z.B. Arbeitsanweisungen oder aktuelle Prozessparameter eingeblenden. Praktisch ist das zum Beispiel für die Bestückung von Schaltschränken: Der Roboter kann auch einem ungeübten Benutzer zeigen, wie einzelne Bauteile montiert werden. »So lassen sich die Reparaturzeiten und damit teure Stillstände in der Produktion minimieren«, erläutert Graf.

Auf dem Serviceroboterstand der AUTOMATICA in Halle A2 Stand 530 stellt das Projektkonsortium die interaktiven Wartungs- und Inspektionsroboter vor.

Weitere Informationen zu ImRoNet finden Sie unter www.imronet.de.