Fraunhofer IPA

Verbesserte Sicherheit für Serviceroboter

Care-O-bot_mit_neuen_Armen, Fraunhofer IPA
Der mobile Serviceroboter ‚Care-O-bot 4‘ wurde im Forschungsprojekt S³ mit neuen Armen und Sensorik sowie verbesserten Erkennungsalgorithmen für den sicheren Einsatz in öffentlichen Umgebungen, wie zum Beispiel Pflegeheimen, ausgestattet.
© Fraunhofer IPA / Florenz Graf

Im Forschungsprojekt S³ haben Forscher des Fraunhofer IPA gemeinsam mit Projektpartnern Sicherheitstechnologien und Erkennungsalgorithmen für Serviceroboter entwickelt. Getestet wurden sie auf dem Serviceroboter Care-O-bot 4 in einer Anwendung im Pflegeheim.

Im Gegensatz zu Industrierobotern bewegen sich mobile Serviceroboter in dynamischen Umgebungen und oft unter Menschen, die nicht mit ihnen vertraut sind. Im Umfeld der stationären Pflege können sie zudem auf besonders schutzbedürftige Personen treffen. Im Forschungsprojekt S³ sind deshalb Technologien entstanden, die die Wahrnehmung von Objekten und der Umgebung sowie die Handhabungsfähigkeiten von Servicerobotern verbessern und das unter dem besonderen Aspekt der funktionalen Sicherheit beziehungsweise ‚Safety‘. Fördermittel erhielt das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Die Weiterentwicklung entsprechender Softwaretechnologien für die Umgebungserfassung, das sichere Greifen von Gegenständen und deren Integration auf dem Serviceroboter ‚Care-O-bot 4‘ waren der Schwerpunkt der Arbeiten am Fraunhofer IPA. Auf dem Roboter kam hierfür eine Kombination aus Radarsensor und Kameras zum Einsatz. Der Radarsensor ermöglicht dem Roboter, Personen sicher zu erkennen. Die Kameradaten werden mit maschinellen Lernverfahren ausgewertet, um zu erfassen, was eine erkannte Person gerade tut. Indem anhand der Gelenkstellungen die Körperhaltung ermittelt wird, kann die Software Aktionen wie Gehen oder Greifen zuordnen. Dies ermöglicht dem Serviceroboter, sein Verhalten so an sein menschliches Gegenüber anzupassen, dass alles sicher abläuft.

Care-O-bot_erkennt_Flasche, Fraunhofer IPA
Der Roboter kann Getränkeflaschen erkennen, greifen und sie an ein gewünschtes Ziel wie die Küche eines Wohnbereichs bringen.
© Fraunhofer IPA / Florenz Graf

Weiterhin verbesserten die IPA-Forscher das Verständnis des Roboters für seine Umgebung. Bisherige Algorithmen haben mit handelsüblichen 3D-Kameras Probleme, transparente Objekte im Raum zu identifizieren und zu lokalisieren. Die neu entwickelten Algorithmen sind nun dazu in der Lage. Neuronale Netze helfen dem Roboter, beispielsweise Wasserflaschen besser zu detektieren und ihre genaue Position zu ermitteln. Grundlage hierfür war ein Testszenario, in dem der Roboter in einem Pflegeheim leere Wasserflaschen gegen volle austauscht. Auf Anweisung fährt der Roboter in ein gewünschtes Bewohnerzimmer, erkennt dort die gesuchte Flasche, greift sie und bringt sie in die Küche des Wohnbereichs. Dank eines weiterentwickelten Umgebungsmodells ‚weiß‘ der Roboter, wo Tische sind, sodass er gezielt nach Flaschen in den Bewohnerzimmern suchen kann.

Das sichere Greifen wurde ebenfalls im Projekt weiterentwickelt. IPA-Experten haben hierfür eine Software entwickelt, mit der sich Armbewegungen dynamisch an die erfassten Umgebungsdaten anpassen, um Hindernisse zu vermeiden. Wenn also beispielsweise eine Pflegeheimbewohnerin spontan zum Glas greift, während der Roboter die danebenstehende Wasserflasche aufnehmen will, plant er seine Bewegung schnell um.


  1. Verbesserte Sicherheit für Serviceroboter
  2. Praxistests im Pflegeheim

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