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Assistenzroboter Friend

Ins volle Leben greifen

Assistenzrobotik für den Wiedereinstieg in den Beruf.

Mit dem „Friend“ gewinnen Menschen mit Behinderungen neue Möglichkeiten und mehr Unabhängigkeit – und auch wieder Lebensfreude. Kern des „functional robot arm with user-friendly interface for disabled people“ ist ein Leichtbauarm von Schunk.

Lena Kredel hat Multiple Sklerose und kann weder Arme noch Beine bewegen. Sie nimmt dennoch am Berufsleben teil. Die aus Bad Segeberg stammende Literaturwissenschaftlerin macht an der Universität Bremen eine Ausbildung zur Bibliothekarin. Das Besondere: Als Werkzeug nutzt sie den Serviceroboter „Friend“, dessen Leichtbauarm eine selbständige Interaktion mit der Umgebung ermöglicht. Robotikspezialisten des Instituts für Automatisierungstechnik (IAT) Bremen trimmen den mechatronischen Helfer derzeit so, dass Lena Kredel künftig in der Universitätsbibliothek selbständig Bücher katalogisieren kann.

„Friend“ mutet auf den ersten Blick ein wenig klobig an, doch dahinter steckt ein pfiffiges System mit elektrisch angetriebenem Rollstuhl samt Monitor, diverser Sensorik und einem Leichtbauarm als zentralem Element. Per Kopf-Joystick und Spracherkennung steuert Lena Kredel den Assistenzroboter, erfasst Bücher in einer Standardsoftware für Bibliotheken und nutzt zum Nachschlagen einen gewöhnlichen Internetbrowser. Die dabei verwendete Sprachsoftware nutzte sie bereits zuvor für persönliche Korrespondenz. Der leicht ruppige Kommando-Ton, den sie anschlägt, um die Bücher zu katalogisieren, ist der besseren Funktion der Software geschuldet.

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Die Kamera hat den Prozess im Blick

Seit 1997 forscht das IAT Bremen an robotergestützten Assistenzsystemen. Die Lösung, mit der Lena Kredel heute arbeitet, ist die nunmehr vierte Generation. Das System basiert auf dem Konzept der geteilten Autonomie: Was der Roboter selbständig lösen kann, löst er alleine. Stößt er an Grenzen, greift der Nutzer ein, etwa dann, wenn die Greifposition korrigiert werden muss oder es zu unvorhergesehenen Störungen kommt. Nach Angaben von Torsten Heyer, Projektleiter beim IAT, lassen sich auf diese Weise derzeit 95 Prozent aller Vorgänge ohne fremde Hilfe lösen. Für ein optimales Teamwork werden die Umgebungsbedingungen autonom über eine 3-D-Kamera und eine Infrarotkamera über dem Kopf des Nutzers erfasst. Wird das System gestartet, verortet die Kamera vollautomatisch das Regal, die Bücher und die Ablageposition. Anschließend fährt der Leichtbauarm selbständig an die ermittelte Greifposition. Marker und Farbmarkierungen dienen dem System zur Orientierung. Die Kontrolle des gesamten Greifprozesses liegt beim Nutzer. Hierzu wurde das System mit zahlreichen Features angereichert, die eine Beurteilung und Überwachung des Greifprozesses ermöglichen. Eine Kamera am Robotergreifer überträgt kontinuierlich Livebilder vom Greifprozess, die der Nutzer unmittelbar vor sich auf einem Monitor sieht. Die Kamera dient auch als Leselupe, mit der sich selbst kleine Schriften in den Büchern entziffern lassen.

Leichtbauarm für viele Anwendungen

Zentrales Element des Assistenzroboters ist der Leichtbauarm LWA 3.10 von Schunk, ein modular aufgebauter Greifarm mit sieben Freiheitsgraden - drei zur Orientierung, drei zur Positionierung und einer zur Umgehung von Hindernissen. Im Gegensatz zu klassischen Industrierobotern sind die Leichtbauarme des Anbieters aus Lauffen gezielt darauf ausgelegt, wechselnde Tätigkeiten im unmittelbaren Umfeld des Menschen zu automatisieren. Dazu zählen Prüf- und Montageaufgaben ebenso wie der Einsatz in Assistenzsystemen. Eine dauerhaft hohe Wiederholgenauigkeit von plus/minus 0,1 Millimeter sorgt für präzise Greifoperationen. Üblicherweise werden die Leichtbauarme portabel oder mobil eingesetzt. Die maximale Zuladung des Greifarms beträgt zehn Kilogramm. Bei einer batterietauglichen Spannungsversorgung von 24 Volt wird der durchschnittliche Strombedarf mit weniger als drei Ampere angegeben. Stünde keine Steckdose zur Verfügung oder würde das System komplett mobil eingesetzt, könnte der Assistenzroboter über die serienmäßige Rollstuhlbatterie zwei bis drei Stunden lang autark betrieben werden. Da die Leistungsaufnahme des Greifarms unter 100 Watt liegt, ist die Verletzungsgefahr bereits in der Standardversion gering. Um selbst dieses Risiko auszuschließen, nutzt das IAT Bremen bei dem Assistenzroboter zusätzlich Kraft-Momenten-Sensoren sowie Sensoren zur räumlichen Überwachung. Da die Antriebsverstärker und -regler unmittelbar in den Leichtbauarm eingebettet sind, benötigt das System keinen separaten Schaltschrank. Die komplette Steuer- und Regelelektronik ist in die Gelenkantriebe integriert. Position, Geschwindigkeit und Drehmoment sind flexibel regelbar. Dank integrierter Intelligenz, universeller Kommunikationsschnittstellen und Kabeltechnik für Datenübertragung und Spannungsversorgung lässt sich der Arm schnell und einfach in bestehende Steuerungskonzepte einbinden. Zudem kann er von Embedded-PCs gesteuert werden. Aufgrund der leichten, hochsteifen Konstruktion arbeitet er energieeffizient.

Assistenzroboter von Laien bedienbar

Um auch Robotik-Laien die Bedienung des Assistenzsystems zu ermöglichen, hat das IAT mit Unterstützung der Anwenderin Lena Kredel eine allgemeinverständliche Bedienoberfläche zur Steuerung des Leichtbauarms entwickelt. Das Ergebnis: Lag die reine Handlingzeit für ein einzelnes Buch anfangs noch bei rund 17 Minuten, benötigt Lena Kredel heute nur noch zwischen fünf und sieben Minuten für die reine Handhabung. Das Katalogisieren dauert rund 15 Minuten. Im nächsten Schritt soll nun die Verlässlichkeit des Systems weiter erhöht werden. Ziel ist eine Erfolgsquote von 99,9 Prozent. Im Idealfall können Nutzer nach einer Integrations- und Orientierungsphase vollständig an einem Arbeitsplatz eingesetzt werden, ohne dass sie eine persönliche Assistenz benötigen. pb

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