Autonome Systeme Erkundungsroboter Eye-Car überwacht Anlagen

Studenten der FH Bielefeld haben den Prototypen eines autonomen Erkundungsroboters entwickelt, der Wartungsrundgänge in Industrieanlagen automatisiert.

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Der erste Prototyp des Erkundungsroboters Eye-Car.
Der erste Prototyp des Erkundungsroboters Eye-Car.
(Bild: FH Bielefeld)

Für kilometerlange Kontrollgänge durch große, abgelegene Fabrikanlagen muss vielleicht schon bald kein Personal mehr abgestellt werden, wenn diese Wartungsrundgänge durch Erkundungsroboter erledigt werden. Die Personen, die diese monotone Aufgabe bislang übernehmen, könnten sich dann auf ihre wesentlichen Aufgaben konzentrieren: die eigentliche Überwachung und Wartung von Anlagen oder die Beurteilung von Störmeldungen.

Wie so ein Roboter aussehen könnte, das haben sich fünf Studenten des praxisintegrierten Studiengangs Mechatronik/Automatisierung am Campus Gütersloh der Fachhochschule Bielefeld gefragt. Im praxisintegrierten Studium sind die Studierenden in einem Unternehmen beschäftigt und absolvieren im Wechsel Theoriephasen an der Fachhochschule Bielefeld über zwölf Wochen und Praxisphasen im Unternehmen über elf Wochen. Die Verzahnung von Theorie und Praxis ist in dem Studienmodell somit permanent gegeben. In einer sehr praxisnahen Projektarbeit im Modul „Mechatronische Systeme“ haben die Studierenden zudem die Chance, eine eigene Idee für ein solches System umzusetzen.

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Sven Reifschläger gehört zu dem Fünferteam, das sich für die Konstruktion eines Erkundungsroboters entschieden hat. Er erinnert sich, wie es zu der Idee kam: „Wir wollten etwas bauen, womit jeder Außenstehende etwas anfangen kann. Ein ferngesteuertes Auto kennt ja jeder. Es sollte aber Alleinstellungsmerkmale haben, um sich abzuheben, zum Beispiel die Mecanumräder, die das Fahren in alle Richtungen erlauben, ohne mit einer mechanischen Lenkung ausgestattet zu sein. Außerdem sollte es über eine autonome Navigation und eine spezielle Sensorik verfügen und mobil, also nicht zu schwer sein, damit man es transportieren kann und eine Grundlage für weitere Ausbaumöglichkeiten darstellen.“

Fachkräfte können sich auf die Wartung konzentrieren

Ein Einsatzzweck, den die Studenten bei der Entwicklung im Kopf hatten, ist die Automation von standardisierten Wartungsrundgängen, wie Reifschläger erklärt: „Diese monotone Tätigkeit kann durch Roboter übernommen werden, die sich entlang eines definierten Fahrweges autonom auf einer vorgegebenen Route bewegen können und dieselbe visuelle Kontrolle mittels einer hochauflösenden Kamera vornehmen.“

Der Prototyp des Roboters ist deshalb auch mit einer Kamera und einem Miniaturcomputer zur Bildverarbeitung ausgestattet und kann Bildmarken auf der Wegstrecke erkennen und selbstständig anfahren. Er wurde von den Studierenden passenderweise Eye-Car getauft, wobei Eye nicht nur das englische Wort für Auge, sondern gleichzeitig auch ein Akronym für „Explore your environment“ ist, also „erkunde deine Umgebung“.

Das Ziel, die Mitarbeiter durch einen Roboter abzulösen, sei aber keineswegs mit dem Abbau von Arbeitsplätzen verbunden, betont der Student: „Vielmehr kann sich das Personal stattdessen auf die Überwachung und Wartung von Anlagen konzentrieren. Auch wenn sie andere Aufgaben erledigen als früher, sind die Mitarbeiter für das Fortbestehen und den Erfolg des dahinterstehenden Unternehmens weiterhin unerlässlich. Dies ist übrigens die Grundmotivation hinter dem großen Thema Digitalisierung, Automatisierung und Industrie 4.0.“

Erkundungen in gefährlichen Umgebungen

Ein weiteres Einsatzgebiet sehen die Studenten in gefährlichem, schwierigen Gelände: „Beispielsweise in einsturzgefährdeten Gebäuden“, so der Student. Auch einige Erweiterungen können sich die Studenten bereits vorstellen, beispielsweise besondere Sensortechnik zur Detektion von Gasen, Roboterarme zur Interaktion mit der Umwelt oder die Montage von Spezialwerkzeugen. „Da gibt es sicher unendlich viele denkbare Anwendungsmöglichkeiten“, ist sich Reifschläger sicher.

Auch rechtliche Fragen wurden thematisiert

Bei dem Thema Kamera und Funkübertragung stellt sich die Frage nach dem Datenschutz – auch mit diesem Aspekt haben sich die Studenten befasst: „Grundsätzlich ist der Einsatz nur auf Privatgelände beziehungsweise mit Genehmigung des Eigentümers vorgesehen. Beim Einsatz im öffentlichen Raum sind die gängigen Regeln zu Bildaufnahmen zu beachten. Momentan ist jedenfalls keine Möglichkeit zur Aufzeichnung von Bildern eingebaut“, so Reifschläger. Das Herumfahren an sich sei gesetzlich nicht eingeschränkt. „Durch die Nutzung von Funkfrequenzen im lizenzfreien ISM- und SRD-Band ist ein europaweiter Einsatz problemlos möglich“, so Reifschläger weiter.

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Teamarbeit mit Herausforderungen

Insgesamt neun Monate haben die fünf Studenten am Eye-Car gearbeitet, eingeschränkt durch die Corona-Maßnahmen lief vieles nur online. Auch die Beschaffung der Teile war gar nicht so einfach, da die meisten Unternehmen, die das Material gesponsert haben, ausgelastet waren oder selbst auf Zulieferungen angewiesen waren. Unterstützt wurden Sie dabei von sechs unterschiedlichen Unternehmen aus ganz Deutschland, die ihnen die Bauteile für das Eye-Car in Form von Sponsoring zur Verfügung gestellt haben.“

Und wenn sie sich mal persönlich getroffen haben, war gutes Zeitmanagement gefordert, denn schließlich mussten sie bei recht großen Distanzen zwischen den Wohnorten auch immer ihre Arbeitszeiten im Blick haben. Doch insgesamt hat die Teamarbeit allen fünf Spaß gemacht: „Die Arbeitsteilung und das Zeitmanagement liefen trotz aller Widrigkeiten richtig gut“, erinnert sich Daniel Marsal, der im Team für die Software zuständig war und sich für das Projekt unter anderem in eine neue Programmiersprache eingearbeitet hat.

Gehäuse aus dem 3D-Drucker

Alle Teile wurden einzeln angefertigt. Maximilian Bruns schildert die Herausforderungen: „Natürlich gab es einige Probleme wie beispielsweise die Gehäuse für die Ultraschallsensoren, die nachgearbeitet werden mussten, da das Oberteil und Unterteil nicht perfekt passten oder die Öffnungen für die Sensoren zu weit auseinander waren. Hier kam es auf Zehntelmillimeter an. Das konnten wir allerdings schnell beheben, da wir diese Gehäuse mit einem 3D-Drucker angefertigt wurden und wir sie selbstständig drucken konnten.

Ein anderes Problem: die Stromversorgung des Monitors mit einer Powerbank konnte nicht funktionieren, da durch den zu früh einsetzenden Überstromschutz der Powerbank die Stromzufuhr ausgeschaltet wurde. Dadurch mussten wir zunächst ein Adapter für ein Netzteil anbringen, wodurch der Bediener oder die Bedienerin an einen Ort gebunden sind. An den Adapter des Monitors kann aber ebenfalls eine Batterie angeschlossen werden und man ist somit an keinen festen Ort mehr gebunden.“ Als alle einzeln angefertigten Bauteile endgültig zusammengebaut werden konnten und das Eye-Car zum ersten Mal fuhr, waren alle stolz auf die erfolgreiche Teamarbeit.

Das Video zeigt Eye-Car in Aktion:

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