Den Arbeitsplatz mit Robotern teilen? Entwickler bauen mit einem neuen Werkzeug sicherere Maschinen

Früher kam sie nur in Science Fiction vor, in den letzten Jahren hat sie aber ziemlich viel Aufmerksamkeit bekommen: die Interaktion von Menschen mit Robotern. Die Technologie entwickelt sich weiter und Menschen haben in ihrem täglichen Leben stärkeren Kontakt mit Robotern. Dabei beschränkt sich dieser Kontakt nicht nur auf Spielzeuge oder Haushaltsgeräte wie Staubsaugerroboter. Man findet sie auch am Arbeitsplatz, wenn Maschinen den Menschen gefährliche und monotone Arbeiten abnehmen. Jetzt werden auch Roboter entwickelt, die in der Bildung, im Gastgewerbe, in der Altenpflege, Rehabilitation oder roboterunterstützten Therapie eingesetzt werden können, was die Häufigkeit von Mensch-Roboter-Interaktion (MRI) noch erhöht.

Die Sicherheit von Menschen hat bei MRI Priorität. Wo es zu Körperkontakt zwischen Menschen und Robotern kommt, sind gefährliche Zusammenstöße zu erwarten. Mit anteiliger Förderung der EU für die Projekte ILIAD und SoftPro haben Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und der Leibniz Universität Hannover gemeinsam ein Werkzeug entwickelt, mit dem Roboterentwickler die Sicherheit ihrer Roboterentwicklungen besser analysieren können. Ihr neues Werkzeug namens „Safety Map“ wird in ihrer Veröffentlichung in „IEEE Xplore“ beschrieben.

Auf dem Weg zu sicheren Robotern

In früheren Arbeiten zur Robotersicherheit hatten die Forscher das Kollisionsverhalten von Robotern mit Angaben zu Verletzungen beim Menschen verknüpft. Jetzt entwickeln sie diesen Gedanken weiter und vergleichen ganze Roboterentwicklungen (also alle Massen und Geschwindigkeiten im Arbeitsbereich des Roboters oder an aufgabenspezifischen Positionen) mit Verletzungsdaten. Diese Verletzungsdaten können aus verschiedenen Experimententypen und Fachdisziplinen stammen und unterschiedliche Körperteile berücksichtigen. Zudem wird erhoben, ob die Aufprallfläche bei dem Zusammenstoß stumpf, scharf oder kantig ist und ob der Zusammenstoß selbst abgeschwächt wird oder nicht. Diese Informationen werden einheitlich auf der sogenannten Safety Map dargestellt.

Mit dieser Safety Map können Nutzer bestimmen, ob ihr entwickelter Roboter bei unerwarteten Zusammenstößen spezifische Verletzungen verursacht. Außerdem können sie die gefährlichsten Bereiche im Arbeitsumfeld des Roboters ausmachen und ihren Roboter hinsichtlich seiner Sicherheitseigenschaften mit anderen vergleichen.

Im Ergebnis bekommen die Entwickler klare Informationen zu den im Betrieb höchstwahrscheinlich auftretenden Verletzungen an die Hand. So können sie ihren Prozess der Hardware-Entwicklung danach ausrichten und für ihren Roboter entsprechende sichere Kontrollen und Bewegungsplanungen erstellen.

Ihre Map haben die Forscher an zwei Robotern getestet, dem PUMA 560 und dem Leichtbauroboter KUKA IV+. Die im Experiment verwendeten Verletzungsdaten stammen aus 50 Jahren biomechanischer Verletzungsforschung.

Die Map ist wahrscheinlich weltweit das erste dynamische und präzise Sicherheitsanalysewerkzeug für Robotermanipulatoren. Sie hat das Potenzial, in Zukunft für signifikante Veränderungen in der Entwicklung menschenfreundlicher Roboter zu sorgen.
ILIAD („Intra-Logistics with Integrated Automatic Deployment: safe and scalable fleets in shared spaces“) entwickelt innovative Roboterlösungen für gängige Lagereinrichtungen. Das Projekt will in Umgebungen, die Roboter sich mit Menschen teilen, einen sicheren Roboterbetrieb gewährleisten und dazu gehört auch die Erstellung einer großen Datenbank zur Verletzungssicherheit.

SoftPro („Synergy-based Open-source Foundations and Technologies for Prosthetics and RehabilitatiOn“) untersucht und entwickelt synergetische Technologien der Softrobotik, um neue Prothesen, Exoskelette und Hilfsmittel zur Rehabilitation der oberen Extremitäten entwickeln zu können. Ziel sind Endprodukte, die günstig, leicht zugänglich, nutzerfreundlich und wirtschaftlich sinnvoll sind.

Weitere Informationen:
ILIAD Projektwebsite
SoftPro Projektwebsite