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Ansprechpartner

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Horst-Michael Groß

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INHALTE

SONARO

Overview

Title:SONARO- Smarte Objektübernahme und –übergabe  für die nutzerzentrierte mobile Assistenzrobotik
Duration:01.04.2019 - 31.12.2021
Funding:Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF)
Proposer:Thüringer Zentrum für Maschinenbau  (ThZM)
Project partner:

TU Ilmenau, FG Neuroinformatik und Kognitive Robotik
(Prof. Horst-Michael Groß, Dr. Steffen Müller)
TU Ilmenau, FG Qualitätssicherung und Industrielle Bildverarbeitung
(Prof. Gunther Notni) 
Hochschule Schmalkalden, FG Eingebettete Diagnosesysteme
(Prof. Andreas Wenzel)
Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V.
(Prof. Frank Barthelmä)

Project coordinator:Prof. Dr. Horst-Michael Groß, Dr.-Ing. Steffen Müller
Project homepage:www.sonaro-projekt.de

Description

Die Entwicklung von Anwendungen für Industrie 4.0 aber auch „Smart Health“ ist geprägt von einem zunehmenden Einsatz intelligenter interaktiver Systeme für die Mensch-Maschine-Interaktion (MMI). So werden im Bereich “Smart Health” Assistenzroboter das Pflegepersonal bei typischen Pflegetätigkeiten unterstützen und als Assistenten mit Zureich- oder Übernahmefunktion fungieren. Ähnliche, auf intelligente Handlangertätigkeiten basierende Assistenzfunktionen werden auch in anderen Tätigkeitsbereichen, wie der industriellen Fertigung (z.B. Montage) oder im Handwerksbereich Einzug halten, wenn es gelingt, die Assistenzroboter so zu gestalten, dass Nutzer und Roboter der aktuellen Situation entsprechend kooperativ und hoch effizient Hand in Hand zusammenarbeiten können.

Smarte Übergabe-/Übernahme von Gegenständen bietet derzeit viel Potential für Methodenentwicklung in verschiedenen Teilaufgaben beginnend bei der Wahrnehmung von Personen und Objekten über die Erkennung des Unterstützungsbedarfs bis hin zur Planung und Ausführung der robotischen Greif- und Übergabebewegungen. Obwohl es im Bereich der kollaborativen Assistenzrobotik international in den letzten Jahren intensive Forschungsaktivitäten zu Teilfragestellungen gibt, sind bislang keine Forschungsarbeiten bekannt, die das Übergabe-/Übernahmeszenario so in seiner Ganzheit behandeln wie die SONARO Forschergruppe.

Vor diesem Hintergrund sollen für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) neuartige Lösungen zur smarten Objektübergabe und -übernahme erforscht werden, die für die Weiterentwicklung der interaktiven Assistenzrobotik essentiell sind und deutlich über den gegenwärtigen Stand der Technik hinausgehen. Sie sollen es erlauben, dass Assistenzroboter bei ihrer Interaktion mit dem Menschen situativ ihre Handlungen (Bewegungspfade, Bewegungsmuster, Interaktionsgeschwindigkeit, Greifpositionen) an den Menschen und dessen aktuelle Tätigkeiten anpassen und damit sozial akzeptabel werden. Im Rahmen des angestrebten smarten Übernahme/Übergabeszenarios bedeutet dies, dass der Assistenzroboter bei einer Objektübernahme die Haltepose und Greifposition der Hand des Übergebenden am Objekt erkennen und daraufhin das Objekt auf eine alternative Art und Weise sicher greifen und übernehmen kann, ohne dabei den Menschen zu gefährden (z.B. Berühren der Hand des Menschen). Im weiteren Verlauf ist das übernommene Objekt dann sicher zu einem weiteren Akteur zu transportieren und gefährdungsfrei an diesen zu übergeben. Die hierfür erforderlichen dynamischen Prozesse erfordern eine kontaktlose Überwachung und Analyse des gemeinsamen Interaktionsraumes und der aktuellen Aktivität des Interaktionspartners. So bedarf es neben der Bewertung von Abständen, Bewegungen und Strukturen (Mensch, Roboter, Übergabeobjekt, Handposition) im Interaktionsraum bzw. am Objekt eine daraus resultierende Bewegungsplanung sowie die Echtzeit-Reaktion des Gesamtsystems mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung bei geringer Latenz.

Um diese Zielstellung Realität werden zu lassen, sind neuartige nutzerzentrierte MRK-Systemlösungen mit hochdynamischen Kollaborationskonzepten erforderlich, bei denen die Entscheidungen des MRK-Systems dynamisch an die momentane Situation, insbesondere die aktuellen Bewegungen des Nutzers im gemeinsamen Interaktionsraum und seine Objekthaltepose angepasst werden. Der zugehörige Gesamtprozess der Mensch-Roboter-Objektübernahme und -übergabe ist in der Abbildung dargestellt. Dieser erfordert die Erforschung von neuartigen Methoden für die nutzerzentrierte Interaktion auf vier zentralen Gebieten:

  1. Wahrnehmung der Handhaltung und sichere Unterscheidung von Händen und zu übergebenden Objekten (Situationserkennung)
  2. Robuste Erkennung der zu übernehmenden/übergebenden Objekte und deren Lagebestimmung (Objekterkennung und Lagebestimmung)
  3. Exakte Selbstlokalisation des Roboters und seiner Manipulatorik im Raum auf Basis einer exakten Umgebungsmodellierung (Raumlokalisierung)
  4. Nutzerzentrierte Navigation und Greifbewegungssteuerung für die Objektübernahme bzw. Übergabe (Nutzerzentrierte Navigation und Zugriff)