Lasermesssystem LMS200

Sehschärfe dank Laser

Service- und Assistenzroboter
Dank seines aktiven, dynamischen Messprinzips liefert das Lasermesssystem gleichzeitig Entfernungs-, Dimensions- und Winkelinformationen über Personen oder Objekte, die es innerhalb des eingestellten Überwachungsfeldes detekiert.
Ob als industriell eingesetztes Assistenzsystem oder als mechatronischer Dienstleister für Privathaushalte und Hotels oder die Alten- und Behindertenpflege – in allen Fällen kennzeichnen Mobilität und die Interaktion mit Personen den Einsatz autonomer Roboter. Mit Hilfe des Lasermesssystems LMS200 können sie sich in ihrem Arbeitsumfeld frei bewegen, Hindernisse erkennen und bei Bedarf auf alternativen Wegen zu ihrem Ziel navigieren.

Nach jahrzehntelanger Dominanz von wenig einsatzrelevanten Spielzeugrobotern positioniert sich die Servicerobotik immer mehr als flexible Assistenztechnologie – im industriellen Einsatz ebenso wie auch im häuslichen Lebensumfeld. Sie unterstützt den Menschen bei der Arbeit und hilft, diese Tätigkeiten zu erleichtern. Ferner kann sie monotone und anspruchslose, aber auch unangenehme, schmutzige oder gefährliche Arbeiten sogar vollständig übernehmen.

Der Begriff Roboter wird vielfach noch mit dem klassischen stationären Industrieeinsatz in Lackier-, Schweiß- oder Montagelinien oder als Palettier-/Depalettiersystem in Verbindung gebracht. Diese Anlagen sind in der überwiegenden Mehrzahl auf die Übernahme handwerklicher oder handhabender Funktionen ausgelegt, die sie schneller und genauer erledigen als ein Mensch. Sie agieren in einer auf sie angepassten Umgebung, arbeiten definierte Prozessschritte ab und befinden sich in einem gegen Betreten oder Kollisionen abgesicherten Bereich, der sich nicht verändert.

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Demgegenüber erbringen Serviceroboter Dienstleistungen mittelbar oder unmittelbar am Menschen – sie müssen also sicher mit ihm zusammenarbeiten können. Weil sie in der Regel so mobil wie ein Mensch sein sollen, ist ihr Arbeitsumfeld nicht vorhersehbar, das heißt sie müssen ein Wahrnehmungsvermögen für Personen und Hindernisse haben, mit dem sie sich wechselnden Randbedingungen anpassen und entsprechend reagieren können. Sensorik, mit deren Hilfe die Umgebung erfasst werden kann, ist daher eine der Voraussetzungen für ein menschenähnliches Reaktionsverhalten mobiler Roboter – und damit für ihre Akzeptanz durch die Personen im Einsatzumfeld.

Umfelderfassung

Ein Sensorsystem zur Erfassung des Einsatzumfeldes eines mobilen Assistenz- oder Serviceroboters sollte zunächst bestimmten gerätetechnischen Anforderungen genügen. So ist es erforderlich, dass Abmessungen und Masse des Sensors die Konstruktion, Funktionalität und Wendigkeit des Roboters nicht beeinträchtigen. Eine möglichst geringe Stromaufnahme ist wichtig für einen langen Dauereinsatz. Von Bedeutung ist auch, dass es sich um ein im Servicefall schnell verfügbares Standardgerät handelt, das sich per Plug & Play leicht austauschen lässt. Nur so lässt sich ein Höchstmaß an Verfügbarkeit erzielen.

Die zweite Forderung betrifft die eigentliche Sensortechnik. Grundvoraussetzung ist, dass sie für die Menschen im Einsatzumfeld keine Gefahren oder Risiken birgt, zum Beispiel in Form von Hitze, Strahlung oder Licht. Das Detektionsvermögen muss so ausgebildet sein, dass unterschiedliche Materialien, Oberflächenstrukturen und Farben gleichermaßen sicher erkannt werden – unabhängig von Einflüssen aus dem Einsatzumfeld wie grellem Sonnenlicht oder Dunkelheit. Die Auflösung der Sensorik muss so fein sein, dass Personen, Haustiere, Einrichtungsgegenstände oder Raumelemente sicher erfasst werden. Schließlich gilt es auch, das Kommunikationsverhalten mit der Robotersteuerung zu beachten (Übertragung der Sensordaten in Echtzeit).

Lasermessung

Die genannten Aspekte tragen dazu bei, das Einsatzumfeld „menschenähnlich“ zu erfassen und entsprechend zu reagieren: Personen oder Hindernisse erkennen, vorsichtig annähern, stehen bleiben, warten oder umfahren. Als geeignete Technologie hierfür erweist sich in vielen Einsatzbeispielen die Lasermessung des LMS200 von Sick. Dieses Messsystem besteht aus einem Laserscanner mit integrierter Parametrier- und Überwachungssoftware. Der Scanner sendet einen auf 180 Grad gefächerten Laserstrahl mit individuell einstellbarer Winkelauflösung von einem, 0,5 oder 0,25 Grad und Schutzklasse 1 aus. Das bedeutet, dass das Gerät augensicher ist und keine weiteren Laserschutzmaßnahmen vorgesehen werden müssen. Ob helle Hose oder dunkler Mantel – das Detektionsvermögen ist weitgehend unabhängig von der Farbe des Objekts oder der Person. Entsprechendes gilt auch für die Störlichtsicherheit: weder Blendimpulse durch eine Deckenleuchte oder eine Taschenlampe noch hellstes Sonnenlicht beeinträchtigen das Detektionsvermögen des LMS200. Gleiches gilt für Regen, Schneetreiben oder Nebel, sollte der mobile Roboter im Außenbereich zum Einsatz kommen.

Situationsgerechtes Reagieren

Die Messwerte der Laserscanner werden in Echtzeit als Rohdaten ausgegeben und lassen sich in der Steuerung eines Serviceroboters mit den Werten der anderen Systeme (Kameras, akustische Sensoren) zusammenfügen, korrelieren und auswerten. Dank des aktiven, dynamischen Messprinzips kann das LMS200 gleichzeitig Entfernungs-, Dimensions- und Winkelinformationen liefern.

Weder die Geometrie noch die Objektoberflächen-Beschaffenheit beeinträchtigen die Zuverlässigkeit der Messung. Die Messparameter wie Frequenz oder Auflösung lassen sich per Software individuell jeder Aufgabenstellung anpassen, ebenso wie die Überwachungsfelder. Das ermöglicht es, abgestufte Alarm- und Notstopp-Konzepte für den mobilen Assistenz- beziehungsweise Serviceroboter zu entwickeln. Die Signalschwellen – beispielsweise für Alarmierung, Schleichfahrt und Stopp – eines autonomen Transportfahrzeuges können individuell definiert werden. Es lassen sich aber auch verschiedene Signalisierungs- und Reaktionsroutinen programmieren, zwischen denen das System dann (abhängig vom aktuellen Fahrweg oder der aktuellen Geschwindigkeit) die Überwachungsfelder automatisch umschaltet.

Serviceroboter mit LMS200 sind in vielen Anwendungen heute schon im Einsatz. Funktionen der Haushaltsführung, Mobilitätsunterstützung und Kommunikation werden von mobilen Assistenzrobotern übernommen, denen das Lasermesssystem in Haushalt, Heim und Pflegeeinrichtung den richtigen Weg zeigt. Im industriellen Umfeld gehört die Teleinspektion und die Telemanipulation im unzugänglichen oder gefährlichen Anlagenumfeld zu den wichtigsten Einsatzgebieten. Auch für die Übernahme von autonomen Kleintransporten oder für Bewachungsaufgaben gibt es erste fahrbare Vielzweckroboter, die mit Hilfe der Lasermessung navigieren. In das öffentliche Leben und in die Kulturszene halten Serviceroboter ebenfalls zunehmend Einzug, zum Beispiel als mobile Informanten in Museen, Ausstellungen und auf Messen oder als elektronische Kellner.

Michael Burger (gm)

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