Fraunhofer IAF : Alles auf dem Radarschirm: 3D-Sensorlösung für Cobots

Kollaborative Roboter, sogenannte Cobots, sollen über kurz oder lang in der Lage sein, "Hand-in-Hand" mit ihren menschlichen Kollegen zu arbeiten. Mit dem Ziel der sicheren Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) hat das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF gemeinsam mit sechs Partnern 2017 das Projekt "RoKoRa – Sichere Mensch-Roboter-Kollaboration mithilfe hochauflösender Radare" ins Leben gerufen. Die kontaktlose 3D-Sensorlösung ermöglicht dabei enorme Fortschritte, sowohl in der industriellen Cobot-Technologie als auch in der Service-Robotik.

Am Arm eines Roboters werden hierzu mehrere kompakte Radar-Sensoren angebracht, die die Umgebung des Roboters auf die Annäherung von Menschen oder Dingen überwachen. Tritt jemand oder etwas in diese "Schutzzone" ein, kann der Roboter darauf reagieren, also langsamer werden oder stehen bleiben. »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 besteht aktuell aus 16 Radarmodulen, von denen acht für eine 360°-Überwachung ausreichen. Die zusätzlichen acht Module fungieren als funktionale Redundanz«, so Zech weiter. 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.

Die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) soll natürlich nicht nur sicher, sondern auch schnell und effizient werden. Der Demonstrator, im Bild oben zu sehen, besitzt dafür einen Radarsensorring mit dazugehörigem Sensorknoten. Dieser erlaubt eine 360°-Distanzmessung, egal ob bei Dunst, Rauch, Staub und sonstigen optischen Einflüssen. Damit hat er eine größere Messreichweite als gängige kapazitive Sensoren. Erstmals ist es damit auch großen und leistungsstarken Robotern mit höheren Nutzlasten möglich, in kürzeren Taktzeiten mit Menschen zu interagieren.

Das Projekt wurde vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und bestand aus sieben Projektpartnern: das Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörperphysik IAF, das Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI, die IMST GmbH, die Universität Kassel, die FANUC Deutschland GmbH, das Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung e.V. (DGUV) und die AUDI AG.