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Wissen Der sichere Roboter, der Menschen ausweicht
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09:53 24.06.2019
Interaktion mit dem modularen Roboter Improv. Quelle: Althoff et al., Sci. Robot. 4, e
München

Ein neuartiger Roboterarm kann für verschiedene Aufgaben verwendet und ohne aufwendige Neuprogrammierung sicher an Arbeitsplätzen mit Menschen eingesetzt werden. Der Arm ist aus Modulen aufgebaut, die je nach Anforderung neu zusammengesetzt werden können. Die Bestandteile programmieren sich anschließend selbsttätig neu und stellen dabei sicher, dass sie keine Bewegungen ausführen, die Menschen in ihrer Umgebung gefährden könnten. Die Forschergruppe um Matthias Althoff von der Technischen Universität München stellt ihre Entwicklungsergebnisse im Fachjournal „Science Robotics“ vor.

Industrieroboter lohnen für kleine Firmen oft nicht

Der Einsatz von Industrierobotern ist in der Automobilbranche und in anderen Produktionsbereichen seit vielen Jahren Standard. Kleine und mittlere Unternehmen würden jedoch bisher kaum von den Vorteilen der Robotertechnik profitieren, schreiben die Wissenschaftler. Da herkömmliche Industrieroboter für die Ausführung einer bestimmten Aufgabe gebaut und programmiert sind, lohne sich ihr Einsatz bei wechselnden Produktionsbedingungen und kleineren Produktionsmengen nicht, nennen die Forscher einen Grund.

Modulare Roboter könnten für dieses Problem eine Lösung sein. Sie sind aus standardisierten Bauteilen zusammengesetzt, die für unterschiedliche Aufgaben flexibel miteinander kombiniert werden oder im Falle eines Schadens einzeln ersetzt werden können. Bislang müssen solche Roboter allerdings nach jeder Neukonfiguration von Experten neu programmiert werden, unter anderem um die Sicherheit menschlicher Mitarbeiter zu gewährleisten. Deshalb würden sie derzeit noch nicht in der Praxis eingesetzt.

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Tödliche Unfälle im Umgang mit Maschinen

Allein in Großbritannien habe es von 2014 bis 2018 rund 13 000 Unfälle und 60 tödliche Unfälle im Umgang mit Maschinen gegeben, schreiben Althoff und Kollegen. In Deutschland ereigneten sich laut Mitteilung der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) zwischen 2008 und 2012 an Industrieroboteranlagen 1417 Arbeitsunfälle. Hinzu kamen 41 schwere Arbeitsunfälle, die etwa den Verlust von Gliedmaßen oder den Tod zur Folge hatten. Neben Unfällen mit Industrierobotern erfasst diese Statistik auch solche an automatischen Maschinen und Transferanlagen.

Das Besondere an den jetzt entwickelten Modulen ist zum einen, dass ihnen viele Angaben über die eigenen Abmessungen, über mögliche Bewegungen und wirkende Kräfte einprogrammiert sind. Wenn die Module zu einem Roboterarm zusammengesetzt sind, wird aus den Daten der einzelnen Module automatisch ein virtuelles Modell des gesamten Arms erstellt.

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Stetige Überprüfung der Kollisionsgefahr mit Menschen

Zum anderen überprüft die Software des Roboterarms ständig, ob seine errechnete Bewegung zu einer Kollision mit einem Menschen führt. Dabei berücksichtigt sie auch mögliche Bewegungen des Menschen in Richtung Roboterarm. Droht ein Zusammenstoß, führt der Arm eine Fail-Safe-Bewegung aus, die vom Menschen wegführt und dann stoppt. Bei den statischen Sicherheitszonen, wie sie den Wissenschaftlern zufolge heute Standard sind, stoppt der Roboter unmittelbar, wenn ein Mensch seinen Arbeitsbereich betritt. Dies führt zu Zeiten der Untätigkeit des Roboters. Mit dem neuen Ansatz ließ sich diese Leerlaufzeit um 36 Prozent reduzieren, ohne die Sicherheit zu gefährden.

Die Theorien hinter den Konzepten des Systems seien lange bekannt, sagt Daniel Göhring von der Freien Universität Berlin, der nicht an der Studie beteiligt war: „Das Neue ist eher, dass die Forscher einen modularen Arm einfach mal gebaut und getestet haben.“ Allerdings vermisst Göhring Angaben zu den Sensoren, mit denen das Robotersystem Daten über seine Umgebung aufnimmt. Er selbst befasst sich mit dem autonomen Fahren und da seien viele Problem zur Sicherheit solcher Fahrzeuge noch nicht gelöst.

Für Roman Weitschat von Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt sind die Konzepte der Münchner Forscher noch weit von der praktischen Umsetzung entfernt. Er ist Mitentwickler eines Airbagsystems, das die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern bei der Bearbeitung von scharfkantigen Gegenständen sicherer machen soll. Für das System wurden Weitschat und seine Kollegen mit dem KUKA Innovation Award 2017 ausgezeichnet.

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Von RND/dpa/Stefan Parsch

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