Der intelligente Roboter zieht ins smarte Haus

Wenn ein intelligenter Roboterassistent ins intelligente Haus zieht, gewinnt das Haus Hände und Beine und der Roboter neue Fähigkeiten. Für einen Probelauf zog der mobile Roboterassistent Care-O-bot® II aus Stuttgart Ende Februar in das Wohnlabor des „inHaus“-Innovationszentrums für intelligente Haussysteme, Duisburg. Das erste „Probewohnen“ verlief vielversprechend. Seine Fähigkeiten stellt Care-O-bot II jedoch nicht nur in Duisburg unter Beweis. Er wird auch vom 18. bis 24. März auf der CeBIT in Hannover zeigen, was er kann.

An manchen Tagen fällt das Gehen etwas schwerer. „Heute ist so ein Tag“, denkt sich Else Meier. Erleichtert lässt sich die Siebzigjährige auf ihr Sofa sinken. Etwas zu Trinken wäre nicht schlecht: „Care-O-bot: Bring mir bitte Orangensaft!““Ich überprüfe den Saftvorrat.“ Der Roboter nimmt Verbindung zur Küche auf. „Orangensaft nicht vorhanden. Bitte wählen Sie ein anderes Getränk“ Neben dem durchgestrichenen Symbol für Orangenaft erscheinen auf seinem abnehmbaren Touchscreen die Zeichen für Apfelsaft, Birnensaft und Wasser. Else Meier drückt auf „Apfelsaft“. Der Roboter bestätigt und fährt in die Küche, um das Gewünschte zu holen. Kurze Zeit später kommt er mit einem Glas und dem Saft zurück und stellt beides vor Else Meier auf den Couchtisch. Else Meier ist eine fiktive Person. Den Roboter und das intelligente Haus, das den Inhalt seines Kühlschranks kennt, gibt es tatsächlich. „Care-O-bot®“ ist eine Entwicklung des Fraunhofer IPA, Stuttgart, das intelligente Haus gehört zum Fraunhofer IMS, Duisburg. Eine Kostprobe davon, wie es aussehen kann, wenn ein mobiler Roboterassistent in ein intelligentes Haus „einzieht“, gab es am 20. Februar im Zentrum für intelligente Haussysteme „inHaus“ in Duisburg. Das Fraunhofer IMS und seine Partner nutzen „inHaus“ für die Entwicklung und Erprobung von Technologien und Anwendungen für das Wohnen, Leben und Arbeiten in einem „Smart Environment“ – in einer Umgebung, in der vernetzte, teil- und vollautomatisierte sowie ferngesteuerte Funktionen für Komfort sorgen, Ressourcen wie Brennstoffe und Wasser einsparen und Sicherheitsstandards auf ein neues Niveau heben.

Vernetzt mit dem umgebenden „Smart Garden“ beherbergt das „inHaus“-Testgebäude ein für Anwendungs- und Marktforschungstests eingerichtetes „Wohnlabor“. Das „Werkstatthaus“ nebenan ist mit einer Smart-House-Werkstatt, zwei Testlaboren, einem Beratungsarbeitsplatz, einem Teleservice-Arbeitsplatz und dem „inHaus“-Büro ausgerüstet. Hier finden Techniktests und Optimierungsarbeiten an der Technik im Zusammenspiel mit dem „inHaus-Wohnlabor“ statt. In das Wohnlabor integriert sind vernetzte Endgeräte wie Licht-, Heizungs- und Temperaturregler, Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik, Sensoren/Aktoren, Verbrauchsmessgeräte oder Alarmanlagen. „Das intelligente Haus um einen Roboterassistenten mit Arm zu ergänzen ist nur der nächste logische Schritt“, stellt Birgit Graf vom Fraunhofer IPA fest. „Der frei bewegliche Roboterassistent erweitert die vorhandene, ortsfeste intelligente IT-Struktur um ein handelndes Element.“ So muss der Kaffee nicht schon am Vorabend in die Maschine, wenn die allein lebende Else Meier morgens von Kaffee-Duft geweckt werden will. Auch die Pizza für das Abendessen des berufstätigen Ehepaars nebenan kann tagsüber im Gefrierschrank bleiben. Rechtzeitig vor deren Heimkehr bestückt der Roboter den vernetzten Backofen und schaltet ihn ein. Vorher hat er bereits die fertige Wäsche aus der Waschmaschine genommen und den Geschirrspüler ausgeräumt.

Im Moment sind solche Szenarien noch Zukunftsmusik, doch wenn es nach den Fraunhofer-Forschern geht, muss das nicht so bleiben. Das Innovationszentrum „inHaus“ startete 2001 als fünfjähriges Gemeinschaftsprojekt des Fraunhofer IMS mit 17 renommierten Unternehmen. Bereits jetzt ist eine Erweiterung der Testanlage geplant. Care-O-bot® II ist eine Weiterentwicklung des 1997 gebauten Care-O-bot®. Dessen mobile Plattform und das Navigationssystem haben sich unter anderem in drei Robotern bewährt, die seit März 2000 im täglichen Einsatz die Besucher des Museums für Kommunikation in Berlin unterhalten. Die zweite Generation des Care-O-bot® verfügt im Gegensatz zu den Vorgängermodellen zusätzlich über einen Manipulatorarm, einen Sensorkopf und eine aktive Gehhilfe. Der Arm mit sechs Freiheitsgraden und einer Reichweite von etwa einem Meter ist speziell für Haushaltsaufgaben konzipiert. Seine Befehle empfängt Care-O-bot II® über ein abnehmbares Bedienpanel mit Touchscreen und integriertem Mikrofon für Sprachbefehle. Über das einfach und intuitiv bedienbare Panel kann der Benutzer die Aktionen des Roboters auch dann überwachen, wenn er sich nicht im selben Raum aufhält. Das mobile Assistenzsystem orientiert sich im Raum mit Hilfe einer Umgebungskarte und seiner ausgefeilten Sensorik. Dynamischen Hindernissen weicht es aus, ohne das eigentliche Ziel aus den Augen zu verlieren.

Bevor sich der Roboter jedoch auf einen Befehl hin auf den Weg macht, plant er zunächst alle auszuführenden Schritte bis ins Detail. So beinhaltet beispielsweise Else Meiers einfacher Befehl „Bring mir Orangensaft“ ein ganze Anzahl von Einzelaktionen: Der Roboter muss nicht nur überprüfen, ob überhaupt noch Orangensaft im Haus ist und eventuell eine Alternative anbieten. Er muss auch in Erfahrung bringen, wo sich der Saft befindet, dorthin gelangen, Zimmer- und Schranktüren öffnen, das Getränk erkennen, greifen und transportsicher verstauen, ein Glas für den Saft nicht vergessen, das Glas orten, dort hin fahren … und schließlich Saft und Glas unbeschadet an der gewünschten Stelle absetzen. Bevor Care-O-bot® II einen Befehl ausführt, bestätigt er ihn akustisch. Während der Ausführung nimmt er seine Umwelt mit seiner Onboard-Sensorik wahr und passt alle Handlungen kontinuierlich an die aktuellen Gegebenheiten an. Die zielgerichtete und zuverlässige Manipulation von Objekten ermöglicht ein neuartiges Sensorsystem, bestehend aus einer Kamera und einem neigbaren Laserscanner. Die Kamera und das zugehörige Bildverarbeitungssystem identifizieren die Objekte, der Laserscanner vermisst sie zusammen mit der Umgebung. Aus diesen Daten generiert ein Bahnplanungsalgorithmus den optimalen Greifpfad für den Roboterarm.

Neben Hol- und Bringdiensten und dem Aufheben oder Anreichen von Gegenständen kann Care-O-bot® II auch weitere Aufgaben ausführen: Die Haustechnik steuern, vergessenen Herdplatten ausschalten, Besucher hereinlassen, als Kommunikationsschnittstelle zu Familie und Freunden, aber auch zu medizinischen und öffentlichen Einrichtungen dienen, die Vitalfunktionen überwachen und im Falle eines Falles einen Notruf absetzen oder einfach nur an die Einnahme von Medikamenten oder den Geburtstag der Tochter erinnern. Ist nicht nur eine Gedächtnisstütze gewünscht, bietet sich der Roboter als Gehhilfe an. Er ist in diesem Modus ebenso einfach handzuhaben wie nichtmotorisierte Gehhilfen, bewegt sich im Gegensatz zu diesen jedoch selbstständig, passt sich dabei der Geschwindigkeit seines Benutzers an, führt ihn zum gewünschten Ziel und weicht dabei Hindernissen aus. Eine smarte Umgebung macht einige dieser Funktionen überhaupt erst möglich und vereinfacht viele. So verraten beispielsweise Smart-Labels nicht nur, was im Haus ist, sondern auch wo es sich befindet. Der Roboter erhält diese Informationen über Funk. Ähnlich kommuniziert er mit intelligenten Mikrowellengeräten, Gefrierschränken, Waschmaschinen, Licht und Heizung oder der Überwachungs- und Schließanlage der Haustür.

Realisiert sind jedoch erst die Navigation, die Handlungs- und Bahnplanung, das Ausführen von Hol- und Bringdiensten, eine einfache Mensch-Maschine-Schnittstelle und die Gehhilfefunktion. Die Integration des Roboters in ein smartes Hausnetz befindet sich noch im Planungsstadium. Die ersten Tests im „inHaus“ stimmen jedoch zuversichtlich. „Care-O-bot hat gezeigt, dass er sich schon jetzt sicher in häuslichen Umgebungen bewegen und seinen Benutzer bei einfachen Assistenzaufgaben unterstützen kann“, stellt Birgit Graf fest. Werden Haus und Roboter vernetzt, lassen sich Roboterfunktionen in die smarte Umgebung auslagern. „Auf diese Art können wir eine kompaktere und günstigere Roboterplattform entwickeln“, so Graf. Diese soll dann in Pilotwohnungen im Dauerbetrieb getestet werden.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Dipl.-Inform. Birgit Graf, Telefon 0711/970-1910, E-Mail birgit.graf@ipa.fraunhofer.de
Dipl.-Ing. Matthias Hans, Telefon 0711/970-1191, E-Mail matthias.hans@ipa.fraunhofer.de