Roboter verlassen ihre Käfige

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: 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.

Roboter, die sich aus einzelnen Bauteilen eines Sets individuell zusammen­stellen ließen, gab es auch bisher schon. Allerdings musste jedes neue Modell einzeln von 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 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 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.

TUM / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  M. Althoff et al.: Effortless creation of safe robots from modules through self-programming and self-verification, Sci. Rob. 4, eaaw1924(2019); DOI: 10.1126/scirobotics.aaw1924
• Robotics, Artificial Intelligence and Real-time Systems, Fachbereich Informatik, Technische Universität München