Service-Roboter Wartungsroboter, die »sehen« und »fühlen«

Der Wartungsroboter lässt sich über eine Bedienerschnittstelle mit Visualisierung und haptischem Eingabegerät steuern. (Quelle: Fraunhofer IPA)

Sie können in Notsituationen wertvolle Dienste leisten: Die im Projekt »ImRoNet« entwickelten Service-Roboter zur Wartungsunterstützung meistern komplizierte Aufgaben, steuern und überwachen technische Anlagen oder instruieren das Anlagenpersonal. Sie lassen sich leicht bedienen und führen einige Bewegungsabläufe selbstständig durch. Auf der Messe Automatica in München zeigen die Systeme, was sie bereits können.

Durch ein Leck in einer Gasleitung droht auf der Bohrinsel eine Explosion - ein leider höchst aktuelles Szenario. Doch ein Wartungsroboter ist zur Stelle und 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 die Tätigkeit wichtige Objekte entdeckt der mobile Roboter dabei selbst, passt seine Bewegungen entsprechend an und überträgt gleichzeitig wichtige Informationen an das Wartungspersonal, das ihn steuert. Und tatsächlich: Zielsicher schließt das Mensch-Maschine-Team das Ventil.

Genauso könnte der Alltag für neuartige Wartungsroboter aussehen. Die von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart, des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) sowie den Industriepartnern Beckhoff Automation, metaio, GPS/Neobotix und Schunk im Projekt »ImRoNet« entwickelten Robotersysteme zeigen auf der diesjährigen 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 mobiler Roboter ermöglichen«, resümiert Dr. Birgit Graf, Gruppenleiterin im Bereich Service-Robotik am IPA. »Dieses Ziel haben wir erreicht.«

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 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, die Zusammenstöße verhindert. Damit der Roboter weiß, wie es um ihn herum aussieht, erstellt er automatisch eine Karte seiner aktuellen Umgebung. Hierfür haben ihn die IPA-Forscher mit einer speziellen 3D-Tiefensensorik ausgestattet, die statt üblicher Farbaufnahmen räumliche Entfernungsbilder liefert, aus denen genau hervorgeht, wo ein Hindernis lauert. Dank der Sensorik kann der Roboter auch für die jeweilige Aufgabe relevante Objekte erkennen, etwa Anzeigen, die er ablesen soll.

Sämtliche Informationen bekommt zudem das Wartungspersonal, das den Roboter unterstützt. 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 auch Wartungsinformationen dargestellt. Haptisches Feedback erleichtert die Steuerung des Roboters: Droht er beispielsweise vor eine Wand zu laufen, vibriert das Eingabegerät. Über die Schnittstelle lässt sich aber auch direkt eine Drehbewegung übermitteln.

Ein mobiler Roboter kann mit Hilfe von Augmented Reality auch das Personal an Ort und Stelle unterstützen. Das Gerät bietet für dieses Szenario ein am Roboterarm angebrachtes Bedien-Panel mit einer 6D-Maus, über die der Wartungsmitarbeiter den Arm steuern und den Roboter bewegen kann. Das Panel ist zudem mit einer Kamera und einem Bildschirm ausgestattet, auf dem das Bild der Kamera zu sehen ist. In das Bild lassen sich weitere Informationen wie etwa Arbeitsanweisungen oder aktuelle Prozessparameter einblenden. Sinnvoll ist dies beispielsweise 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 Service-Roboter-Stand der Automatica in Halle A2, Stand 530, stellt das Projektkonsortium die Wartungs- und Inspektionsroboter vor.