Forschungsthemen
[MA] Modellierung von sensitivem Roboterverhalten in Szenarien der Mensch-Roboter-Interaktion auf Basis von Kollaborationszonen
Industrielle Roboter in modernen Fabriken führen genau aus, worauf sie programmiert sind. Sie arbeiten mit wiederholten und klar definierte Bewegungsabläufen, mit hohen Geschwindigkeiten und einer Last von teilweise mehreren hundert Kilogramm. Damit hier die Sicherheit menschlicher Arbeiter gewährleistet werden kann, sind die Arbeitsbereiche klar getrennt: Zäune oder Käfige stellen sicher, dass der Mensch auf Abstand bleibt. Öffnet sich eine Tür im Käfig, schaltet sich der Roboter sofort ab. Die Kosten dafür nötiger Ausrüstung sind jedoch hoch und solche Installationen bremsen Arbeitsabläufe aus. Im Forschungsbereich der Mensch-Roboter Interaktion (MRI) wird unter anderem untersucht, wie Interaktion und Zusammenarbeit zwischen Roboter und Mensch modelliert werden kann und wie in weniger rigiden Setups trotzdem für menschliche Sicherheit gesorgt werden kann. Ein Ansatz, MRI zu modellieren, ist die Definition von Zonen, welche den Roboter umgeben <1>. Menschen können sich in den Zonen aufhalten und von der aktiven Zone abhängig das Verhalten des Roboters beeinflussen. Offen ist hier, in welchem Kontext welche Art von Zonen geeignet sind und wie das Zielverhalten des Roboters in den Zonen konkret aussieht. Eine weitere Fragestellung lautet, wie aus technischer Sicht überwacht werden kann, in welchen Zonen sich Menschen aufhalten. Um Weichheit oder Sensitivität zu realisieren, kann in Roboterarmen implizite Kraftsteuerung eingesetzt werden <2,3>. Dies ist eine Funktionalität aus verbesserter Hardware wie Kraftsensoren und gehört zur Ausstattung moderner Roboterarme wie dem UR3, UR5 und dem UR10. Die Arme haben intrinsisch nachgiebige Gelenke, welche variable Steifigkeit besitzen und daher durch externe Kräfte wie Menschen bewegt werden können. Solche Kräfte können physisch oder virtuell sein. Dies schafft neue Möglichkeiten der Interaktion. Autoren wie S. Haddadin und A. Albu-Schäffer haben Arbeiten zur Kraftsteuerung und deren Verwendung verfasst <2,3>. Andere, wie M. Bdiwi, entwickelten Modelle, um zonenbasierte Mensch-Roboter Kollaboration abzubilden <1>. Eine wissenschaftliche Arbeit, in welcher die Konzepte Kraftsteuerung und zonenbasierte MRI vereint sind, wurde bisher jedoch nicht veröffentlicht. Es ergeben sich u.a. folgende Fragestellungen: • Wie beschreibt man den Kontext mit dem zonenbasierten Ansatz? • Was ist die explizite Verhaltensänderung des Roboters bei Auslösen einer Zone, also sobald ein Mensch in einer Zone registriert wird? • Wie kann Verhaltensänderung abgebildet werden? Ziel dieser Masterarbeit ist es, in der Literatur existierende Ansätze zur Beschreibung von Interaktionen in der MRI zu untersuchen. Der Fokus liegt dabei auf weichheitsbasierten Interaktionsmodellen und auf dem zonenbasierten Ansatz. Auf dieser Grundlage soll ein Konzept entwickelt werden, welches beide Aspekte vereint. Das Konzept soll dann auf Basis entwickelter Steuersoftware des UR10 technisch umgesetzt und erprobt werden. Quellen: <1> M. Bdiwi, S. Krusche, and M. Putz, “Zone-based robot control for safe and efficient interaction between human and industrial robots” in Proceedings of the Companion of the 2017 ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction, ser. HRI '17. New York, NY, USA: ACM, 2017, pp. 83-84. <2> S. Haddadin, “Towards safe robots: approaching Asimov’s 1st law” Aachen, 2011 <3> A. Verl, Alexander Albu-Schaeffer, O. Brock, and A. Raatz, “Soft robotics - transferring theory to application,” Berlin, Heidelberg, 2015
Betreuer: Carl Mai-:#-#:- Jan Falkenberg