Fraunhofer IPA

Mobiler Roboter testet Geschirrspüler im Dauerbetrieb

| Redakteur: Peter Koller

Tausendmal berührt...: Mit dem mobilen Roboter lassen sich die Langzeittests von Hausgeräten besser standardisieren.
Tausendmal berührt...: Mit dem mobilen Roboter lassen sich die Langzeittests von Hausgeräten besser standardisieren. (Fraunhofer IPA)

Ein mobiler Roboter des Fraunhofer IPA für Bosch Siemens Hausgeräte sorgt nicht nur für verbesserte Langzeittest bei Hausgeräten, sondern legt auch besonders Augenmerk auf die Sicherheit im Zusammenspiel mit Menschen.

Tür öffnen, Schmutz einfüllen, Reinigungsmittel einlegen und neu starten: Geschirrspülmaschinen müssen hunderte aufwendige Testzyklen durchlaufen, um ihren Dienst im Alltag zuverlässig zu leisten. Um das Personal während der Durchführung der Tests zu entlasten, wurde am Fraunhofer IPA im Auftrag von Bosch und Siemens Hausgeräte (BSH) ein neues mobiles Robotersystem entwickelt. Dank des Zusammenspiels von mobiler Basis, Manipulator und Sensorik übernimmt der Roboter die komplette Bedienung der Maschinen. Er arbeitet rund um die Uhr, ist sicher und einfach zu bedienen und trägt zudem zur Standardisierung der Testbedingungen bei.

Um die Haltbarkeit von Haushaltsgeräten und die Steuerung auf Fehler zu überprüfen, müssen die Hersteller Langzeittests durchführen. Geschirrspüler werden beispielsweise mit unterschiedlichen Reinigungsmitteln und Wasserhärten getestet. Jeweils einige hundert Testzyklen sind dafür notwendig, bei denen die Maschinen geöffnet, neuer Schmutz und neues Reinigungsmittel eingelegt und das Programm neu gestartet werden müssen. Bisher waren diese Tests sehr aufwendig, da die Maschinen der Reihen nach und manuell im Einschichtbetrieb bedient wurden.

Forscher des Fraunhofer IPA haben für BSH ein mobiles Robotersystem entwickelt, das die komplette Bedienung der Geschirrspüler im Rahmen der Qualitätssicherung übernimmt. Im automatisierten Dauerbetrieb trägt es somit zur Entlastung der Mitarbeiter sowie zur Standardisierung der Testbedingungen bei. „Das Robotersystem bedient zuverlässig eine große Anzahl Maschinen im Dauertest und ist einfach an neue Anforderungen anpassbar“, sagt Theo Jacobs, Projektleiter und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme.

Intuitive Programmierung und sichere Bedienung

Ohne spezielle Qualifikationen können Mitarbeiter des Testlabors den Roboter intuitiv programmieren und sicher bedienen. „Um neue Bewegungen intuitiv vorzugeben, kann man den Manipulator einfach an die Hand nehmen“, so Jacobs. Alternativ erfolgt die Steuerung des Roboterarms oder der mobilen Plattform über entsprechende Tasten auf dem Bedienpanel. Mit einem Knopfdruck merkt sich der Roboter eine Greifposition, ein weiterer Klick auf der grafischen Oberfläche legt fest, dass der Greifer geöffnet, geschlossen oder ein Sensor abgefragt werden soll.

Die Ablaufskripte sind grafisch dargestellt, sodass auch ein Laie diese nach kurzem Einlernen aus den programmierten Bewegungen zusammenstellen kann. Über einen Leitrechner wird festgelegt, welche Maschinen zu bedienen und welche vom Test ausgenommen sind. Die vom Roboter protokollierten Testdaten, wie etwa die Anzahl der durchgeführten Zyklen, lassen sich von den Mitarbeitern an diesem jederzeit bequem abrufen.

Das Thema Sicherheit war dabei eine große Herausforderung, denn um die zur Bedienung der Spüler notwendigen Handgriffe einzulernen, sollen Bediener nah an den Roboter herantreten und diesen sogar handführen können. Dies wurde durch den Einsatz eines ergonomisch im Werkzeug integrierten zweistufigen Zustimmtasters erreicht. Während des Einlernens von Bewegungen über das Bedienpanel überwachen Laserscanner an den Ecken der mobilen Basis den Bereich um den Roboter herum. Kommt eine Person dem Roboter zu nahe, werden alle Bewegungen gestoppt. Abhängig davon, ob die mobile Plattform oder der Arm des Roboters bewegt wird, wird dabei zwischen verschiedenen Schutzfeldgrößen umgeschaltet. Die Eigenschaften des Roboterarms, einem Manipulator der Firma Universal Robots, werden im Sicherheitskonzept speziell berücksichtigt. Insbesondere wird genutzt, dass der Arm in gewissen Grenzen eigensicher ist und so beispielsweise in einigen Situationen weiter aktiv bleiben kann, während die stärkeren und damit gefährlicheren Achsen der mobilen Roboterplattform abgeschaltet werden müssen.

Steuerung von SICK sorgt für Sicherheit

Kern des Sicherheitskonzepts ist eine Sicherheitssteuerung von SICK, in der Sensordaten und die Signale der Nothaltsysteme zusammenlaufen. Darüber hinaus wurde eine Schnittstelle zum Roboter-Betriebssystem ROS implementiert, das auf dem mobilen Roboter zum Einsatz kommt. Diese ist so gestaltet, dass Inkonsistenzen und Fehler in der nicht sicherheitsgerichteten Software erkannt werden. Umgekehrt ist jedoch sichergestellt, dass ein Fehler in der Software die Integrität der sicheren Steuerung nicht beeinträchtigt.

Das Fraunhofer IPA ist seit vielen Jahren aktiv an der Entwicklung von Sicherheitsstandards für Serviceroboter im ISO-Normierungsgremium TC 184/SC2 beteiligt. So war es maßgeblich an der Fertigstellung der neuen Norm ISO 13482 „Sicherheitsanforderungen für persönliche Assistenzroboter“ beteiligt und wirkt aktiv bei der Weiterentwicklung der Norm ISO 10218 „Sicherheitsanforderungen für Industrieroboter“ mit. Durch ihre Mitarbeit in der Normung können die Forscher der Industrie Wissen aus erster Hand für ihre Entwicklungen zur Verfügung stellen und sie bei der Umsetzung neuer, sicherer Serviceroboterlösungen unterstützen. „Sicherheitsnormen entwickeln sich ständig weiter. Nur wenn man hier den Überblick hat, kann man konkurrenzfähige Produkte auf den Markt bringen“, erläutert Jacobs.

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