Die Gestensteuerung ist keine neue Entwicklung, in einigen Bereichen wird sie bereits angewendet. Für industrielle Anwendungen galt es noch einige Dinge zu klären. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU hat nun verkündet: Die industrielle Gestensteuerung ist nun marktreif. Durch die Gestensteuerungen von Robotern durch Menschen wird deren Zusammenarbeit in der Produktion intuitiver, effizienter und ergonomischer, sind sich die Forscher und Forscherinnen sicher. Und: Geltende Richtlinien zur Maschinensicherheit und zum Datenschutz werden dabei eingehalten.

Kollegen Roboter mit Gesten steuern

In Zukunft können Menschen ihren Kollegen Roboter berührungslos mit Armen und Händen, via Gesten, steuern. »Uns hat das bei der Entwicklung immer ans Dirigieren eines Chors oder Orchesters erinnert. Auch bei unserer Gestensteuerung achten die Mitglieder des ‚Ensembles‘, nämlich die Roboter, sehr genau auf Arm- und Handbewegungen«, erzählt Paul Eichler, Projektleiter in der Abteilung für Robotertechnik am Fraunhofer IWU. »Konventionelle Bedienelemente wie Knöpfe und Schalter werden überflüssig. Die Beschäftigten können sich ganz natürlich bewegen, um mit den Robotern zu interagieren – als würden sie einem anderen Menschen in der Fabrik per Handzeichen ein ›Stopp‹ oder eine Richtung anzeigen.«

So sieht der Roboter einen Menschen: Ein Forscher des Fraunhofer IWU demonstriert die industrielle Gestensteuerung aus der Perspektive eines Roboters.

© Fraunhofer IWU

Für die berührungsfreie Robotersteuerung nutzen die Forschenden eigens entwickelte Bahnplanungs-Algorithmen, smarte optische Sensoren, schnelle und stabile Bildverarbeitungsverfahren sowie frei platzierbare Bedieninterfaces – alles aufeinander abgestimmt. »Unsere Technologie holt die Gestensteuerung in den Industriebereich. Viele Menschen kennen sie von zuhause, wo sie bisher hauptsächlich bei Computerspielen angewendet wird, etwa bei Konsolen für den Heimgebrauch. Die Bewegungen der Spielenden werden erfasst und sofort in Spielmanöver auf dem Bildschirm umgesetzt. Wir steuern hier jedoch keine Spielfiguren, sondern Maschinen und Anlagen«, erklärt Dr.-Ing. Mohamad Bdiwi, Leiter der Abteilung für Robotertechnik am Fraunhofer IWU, das Prinzip. »Zur unmittelbaren Steuerung sind Programmierkenntnisse nicht mehr nötig. Die Beschäftigten steuern die Roboter intuitiv.«

Marktreife im E-Automobilbau bewiesen

Die Gestensteuerung von Industrierobotern ist technisch ausgereift und zuverlässig. Sie hält die geltenden Sicherheitsvorgaben für die Zertifizierung im Sinne der EU-Maschinenrichtlinie ein. Integriert sind auch Verfahren zur Anonymisierung. Da anfallende Daten zudem nicht in einer Cloud gespeichert, sondern vor Ort in der Fabrik verarbeitet werden, ist auch der Datenschutz nach der DSGVO gesichert.

Dass die Gestensteuerung zuverlässig und sicher funktioniert und auch in die industrielle Produktion eingeführt werden kann, hat sie im Karosseriebau von E-Fahrzeugen bei Volkswagen Sachsen bewiesen. Dort sieht man klare Vorteile bei der Herstellung des hochmodernen Modularen E-Antrieb-Baukastens (MEB). IWU-Projektleiter Paul Eichler: »Antrieb für unseren Partner war, die Ergonomie für die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in der Prüf- und Arbeitsstation am Ende der Ausschweißlinie im Karosseriebau zu verbessern. Wir haben gezeigt, dass unser System gestengesteuerter Schwerlastroboter in der Fertigung viele Vorteile bringt. Die Gestensteuerung ermöglicht es den Beschäftigten, die Position und Ausrichtung des Roboters individuell und in feinen Abstufungen einzustellen. Die Produktion wird dadurch effizienter und flexibler.«

Die Gestensteuerung erleichtert außerdem grundsätzlich die Kollaboration von Mensch und Roboter. Sie arbeiten mittlerweile zwar schon oft ohne Schutzzaun nebeneinander, aber eine direkte Interaktion war bisher nicht möglich. In unmittelbarer Nähe zu Menschen schalten sich Industrieroboter aus Sicherheitsgründen ab. Jetzt können beide gefahrlos direkt zusammenarbeiten.

Schwerpunkt ‚Cyber-Physical-Human Systems‘ am Standort Chemnitz

Produktionsroboter intuitiv mit Gesten zu steuern, ist ein Beispiel für die Innovationskraft des Standortes Chemnitz bei sog. ‚Cyber-Physical-Human Systems‘ (Mensch-Maschine-Systemen, kurz: CPHS). Das Fraunhofer IWU arbeitet dabei über die Grenzen wissenschaftlicher Fachdisziplinen hinweg intensiv mit der Professur für Allgemeine Psychologie und Human Factors an der Technischen Universität Chemnitz zusammen. Dort wird an der kognitionsbasierten Unterstützung von psychologischen Prozessen geforscht, sowie an deren Umsetzung in technische Systeme mittels Algorithmen der Künstlichen Intelligenz.

Dr. habil. Franziska Bocklisch, Leiterin der Professur, erklärt die gemeinsamen Forschungsziele mit dem Fraunhofer IWU: »Die enge Interaktion von Mensch und Technik in der Industrie 4.0 zeigt, wie wichtig es ist, Technik- und Humanwissenschaften zu kombinieren. Zukünftig werden viele weitere komplexe Aufgaben nur durch Mensch und Technik gemeinsam bewältigt werden können. Dabei stellen sich ganz neue Herausforderungen für eine menschenzentrierte Technikentwicklung, etwa bei der zielgerichteten Unterstützung menschlicher Informationsverarbeitungsprozesse beim Bedienen und Warten von Produktionsanlagen. In Chemnitz haben wir das nötige transdisziplinäre Know-how gebündelt, um sicherzustellen, dass Mensch und Roboter im Fertigungsprozess harmonisch zusammenarbeiten können.«