22.11.2011

Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Von Menschen und Robotern

Roboter, die Menschen bei der Arbeit unterstützen: Das ist das Ziel eines bayernweiten Forschungsprojekts. Informatiker der Universität Würzburg sollen dafür ein Programm liefern, das die Bedienung der Geräte möglichst einfach macht. Eine knifflige Aufgabe.

Der rote Roboterarm bewegt sich ziemlich schnell. Elegant und doch kraftvoll zieht er eine Kreisbahn durch den Raum und stoppt punktgenau an der Stelle, die Florian Leutert ihm zuvor einprogrammiert hat. Ein Mensch, der ihm dabei im Weg steht, hätte wohl kaum eine Chance, einem Knockout zu entgehen.

„Da bekommt man im ersten Moment schon einen ziemlichen Schreck, wenn sich so ein Roboter plötzlich auf einen zubewegt und man nicht weiß, ob er vor einem anhält“, sagt Leutert. Der 29-Jährige ist Doktorand am Lehrstuhl für Robotik und Telematik der Universität Würzburg. Im Rahmen seiner Doktorarbeit entwickelt er eine Software, mit der in naher Zukunft auch Menschen, die mit Informatik wenig bis nichts am Hut haben, Roboter bedienen und programmieren können sollen.

Das Forschungsprojekt AsProMed

Leuterts Arbeit ist Teil des bayernweiten Forschungsprojekts AsProMed – ausgeschrieben: „Assistenzsysteme für die Produktion und für medizinnahe Anwendungen“. Wissenschaftler der Universitäten Würzburg, Erlangen und Passau wollen gemeinsam mit dem Obernburger Anlagenbauer Reis Robotics Roboter entwickeln , die beispielsweise in Behindertenwerkstätten zum Einsatz kommen können. Weitere Entwicklungspartner sind die Sensorik-Bayern GmbH und die Diakonie in Neuendettelsau.

„Bisher arbeiten die meisten Roboter in der Industrie autonom“, sagt Florian Leutert. Die Maschinen sind darauf programmiert, einen bestimmten Arbeitsschritt in unendlicher Wiederholung zu erledigen. Damit ihnen dabei keine Menschen in die Quere kommen können, werkeln sie hinter hohen Zäunen in abgesperrten Bereichen. Sobald jemand diesen Bereich betritt, stellen sie ihre Arbeit ein. „Unser Ziel ist es, dass Menschen und Roboter im gleichen Arbeitsraum zusammen arbeiten; dass die Maschine den Arbeiter vor Ort unterstützt“, so Leutert.

In Leuterts Projekt sollen Menschen mit einer Behinderung, die in der Werkstatt der Diakonie in Polsingen beschäftigt sind, von der Roboterunterstützung profitieren. Einer ihrer Jobs ist es dort, vorgefertigte Holzteile zu einer Palette zusammenzulegen, mit einem Druckluftnagler zu verbinden und dann beiseite zu räumen. Eine Aufgabe, die für Menschen im Rollstuhl oder mit nur einem Arm ohne Hilfe nicht zu bewältigen ist. Der Roboter soll ihnen in Zukunft diese Hilfe bieten.

Der Beitrag der Informatiker aus Würzburg

Was ein Informatiker dabei zu tun hat? „Die Daten der üblichen Steuergeräte von Robotern kann kein Mensch einfach mal eben lesen und verstehen“, sagt Leutert. Lange Zahlenkolonnen, unendliche Abfolgen von Buchstaben und Sonderzeichen geben wohl nicht einmal einem Experten auf die Schnelle Auskunft darüber, welche Aufgabe ein Roboterarm erledigt. Leutert arbeitet deshalb an einer Benutzeroberfläche, die den Arbeitsschritt auf verständliche Art und Weise darstellt.

Das könnte beispielsweise so aussehen: Eine Kamera überträgt das Bild von dem Raum, in dem der Roboter steht, auf einen Bildschirm am Arbeitsplatz des Bedieners. Gleichzeitig fügt die Software ein identisches gezeichnetes Bild des Roboters dazu. Auf einen Tastendruck hin setzt sich dieser virtuelle Roboterarm in Bewegung; der Arbeiter kann am Monitor kontrollieren, welche Bahn er nehmen wird und ob ihm dabei möglicherweise Gegenstände oder Personen im Weg sind. Erst wenn die Kontrolle am Bildschirm ergeben hat, dass keine Hindernisse existieren, bekommt der reale Roboter den Befehl, loszulegen.

Projektionen im realen Raum

„Augmented Reality“ – auf Deutsch: „Erweiterte Realität“ nennen Informatiker diese Darstellungsweise. „Das Ziel ist dabei, Maschinendaten und Abläufe auf eine verständliche Art und Weise sichtbar zu machen, damit die Menschen Vertrauen zum Roboter aufbauen können“, sagt Leutert. Dabei muss nicht immer ein Monitor oder eine Spezialbrille zum Einsatz kommen, auf denen die virtuellen Abläufe gespiegelt werden. Leutert entwickelt auch eine Version, bei der ein Beamer zum Einsatz kommt.

Das Gerät markiert beispielsweise im realen Raum die Stellen, an denen die Arbeiter die Bauteile der Paletten hinlegen sollen. Es zeigt an, wo der Roboterarm ansetzen und nageln wird, und es markiert potenzielle Störenfriede im Bewegungsradius. „Eine große Herausforderung“ stellt diese Technik an den Informatiker dar – vor allem, wenn sich der Beamer auch noch zusammen mit dem Roboter bewegen soll. Und wenn dann auch noch eine Schrift auf einem Objekt, beispielsweise einer Kiste, so erscheinen soll, dass sie der Arbeiter von seiner Position aus unverzerrt lesen kann, hat der Programmierer keinen leichten Job.

Einsatz in Medizin und Industrie

„Wir entwickeln Grundlagentechniken“, beschreibt Leutert seine Arbeit. Was später damit passiert, hänge von den jeweiligen Anwendungen ab. So könnten die Roboter nicht nur Menschen mit Behinderungen unterstützen. Denkbar sei auch ein Einsatz in der Medizin beziehungsweise Rehabilitation, wenn Patienten definierte Bewegungen unter genau vorgeschriebenem Krafteinsatz absolvieren sollen.

Oder natürlich in der Industrie – Stichwort Kooperation . „Überall, wo es darum geht, schwere Teile zu heben und zu bearbeiten oder an schwer erreichbaren Orten zu montieren, könnten solche Roboter die Arbeiter wirkungsvoll unterstützen“, sagt Leutert. Und das ganz ohne Sicherheitszäune und die Angst, möglicherweise vom Kollegen Roboter aus dem Weg gestoßen zu werden.

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