Ein Baukasten für umsichtige Roboter

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Christina Miller vom Lehrstuhl für Robotik, Künstliche Intelligenz und Echtzeits

Christina Miller vom Lehrstuhl für Robotik, Künstliche Intelligenz und Echtzeitsysteme bei der Arbeit mit dem modularen Roboterarm. ( A. Heddergott / TUM)

Wenn Unternehmen Roboter nutzen wollen, um ihre Güter zu produzieren, müssen sie die automatisierten Helfer meist hinter Gittern aufbauen. Zu groß ist die Gefahr, dass die Roboter in der Nähe arbeitende Menschen verletzen. Bald könnte aber ein neues Verfahren die Roboter aus ihren Schutzkäfigen holen und damit die Praxis der Automatisierung verändern: Prof. Matthias Althoff hat ein Baukasten-Prinzip entwickelt, womit sich sichere Roboter einfach aus verschiedenen Bauteilen zusammensetzen lassen. Die Module lassen sich nahezu beliebig miteinander verbinden, wodurch Unternehmen ihre Roboter individuell für verschiedene Aufgaben zusammenstellen - oder beschädigte Teile einfach austauschen können. Althoff stellt dieses System jetzt im Fachmagazin "Science Robotics" vor.

Roboter, die sich aus einzelnen Bauteilen eines Sets individuell zusammenstellen ließen, gab es auch bisher schon. Allerdings musste jedes neue Modell einzeln von Expertinnen und Experten programmiert werden. Althoff hat jedes Modul seines Roboter-Baukastens IMPROV mit einem Chip versehen, damit seine Roboter sich selbst entsprechend ihrem individuellen Bausatz programmieren können.

,,Aufgrund unseres modularen Aufbaus lassen sich Arbeitsroboter bald kostensparend produzieren. Unser Baukasten-Prinzip hat aber noch einen weit wichtigeren Vorteil: Mit IMPROV können wir sichere Roboter entwickeln, die auf Menschen in ihrer Umgebung reagieren und ihnen aus dem Weg gehen", sagt Althoff. Der in jedem Modul verbaute Chip und die Selbstprogrammierung ermöglichen es, dass ein Roboter automatisch alle Informationen über die in ihm wirkenden Kräfte und seine eigene Geometrie kennt. So kann der Roboter seine Bewegungsbahn vorhersagen.

Gleichzeitig sammelt das Regelungszentrum des Roboters über im Raum installierte Kameras die Bewegungsdaten der in der Nähe arbeitenden Menschen. Aus diesen Daten erstellt ein mit IMPROV programmierter Roboter ein Modell der möglichen nächsten Bewegungen aller anwenden Arbeiterinnen und Arbeiter und kann etwa vor einer Hand stehen bleiben, die sich ihm nähert - aber auch anderen sich nähernden Gegenständen. ,,Mit IMPROV können wir garantieren, dass die Kontrolle korrekt funktioniert. Weil die Roboter automatisch für alle möglichen Bewegungen um sie herum programmiert sind, kann kein Mensch den Roboter zu einem Fehlverhalten verleiten", sagt Althoff.

Für ihr Baukastenset nutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum Teil industrielle Standardmodule und ergänzten diese durch die notwendigen Chips und neue Bauteile aus dem 3D-Drucker. In einer Nutzerstudie zeigen Althoff und sein Team, dass IMPROV Arbeitsroboter nicht nur günstiger und sicherer, sondern auch schneller macht: Sie benötigen 36 Prozent weniger Zeit um ihre Aufgabe zu erfüllen als bisherige Lösungen, die einen festen Sicherheitsbereich um einen Roboter benötigen.

M. Althoff, A.Giusti, S. B. Liu, A. Pereira: Effortless Creation of Safe Robots from Modules through Self-Programming and Self-Verification. In: Science Robotics, June 2019.


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