Roboter sind längst zu unentbehrlichen Assistenten des Menschen geworden. Um die Interaktion zwischen Robotern und Menschen noch natürlicher zu gestalten, hat das Fraunhofer IOF einen optischen 3D-Sensor entwickelt. Mit dessen Hilfe können selbst dynamische Szenen in Echtzeit erfasst werden. Die Musterprojektionen, die für die Vermessung notwendig sind, finden im nahen Infrarotbereich (NIR) statt und sind für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar.
Die heutige Alltags- und Arbeitswelt ist entscheidend durch Maschinen und Roboter geprägt. In vielen Bereichen haben sie die Produktivität des Menschen enorm gesteigert. Wenn Roboter mit Menschen interagieren sollen, sind sie häufig noch in ihren Fähigkeiten limitiert. Um die gewünschte Präzision und Effizienz in ihren Aufgaben zu erreichen, fehlt ihnen die geeignete Sensorik zur Erfassung ihrer Umwelt.
Das diesjährige Exponat des Fraunhofer Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena zeigt eine solche dynamische 3D-Roboterinteraktion. Zu sehen ist ein Industrieroboterarm, der mit einem 3D-Sensor für Echtzeit-3D-Datenaufnahmen kombiniert ist. Dieser beobachtet eine Besucherinteraktionsszene und lässt den Roboterarm in Echtzeit auf die Bewegungen reagieren. Der Sensor gehört zu einer neuen Generation von interaktiven 3D-Sensoren, der Bewegungen ohne Verzögerung registrieren und somit selbst auf komplexe Szenarien reagieren kann.
Das Fraunhofer IOF entwickelt bereits seit vielen Jahren 3D-Sensoren für Messsysteme, die auf der Funktionsweise des menschlichen Sehens basieren. Zwei Kameras ersetzen dabei das menschliche Auge und zeichnen die Daten auf. Um möglichst robuste und genaue Messergebnisse zu erzielen, ist allerdings eine zusätzliche Musterprojektion notwendig, für die z. B. herkömmlichen Beamer eingesetzt werden können. Dieses Verfahren birgt jedoch zwei Nachteile. Einerseits ist die Messgeschwindigkeit durch den Einsatz solcher Beamer begrenzt und zweitens blenden sie das menschliche Auge.
Forschern am Fraunhofer IOF ist es nun gelungen, ein System zu entwickeln, bei dem die Musterprojektion im NIR-Bereich stattfindet, der für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar, also irritationsfrei ist. Zudem ist durch den eingesetzten Projektor eine wesentlich schnellere Musterprojektion möglich, als mit herkömmlichen Geräten. »Im Vergleich zu ähnlichen, vergleichbaren Systemen ist unseres wesentlich genauer und hochauflösender«, erklärt Stefan Heist, Wissenschaftler am Fraunhofer IOF. »Mit unserem System erreichen wir Messabweichungen von weniger als 100 μm und Auflösungen von 1000x1000 Pixeln - also eine Million Punkte pro Datensatz.«
Aktuell handelt es sich bei dem Messsystem noch um einen Prototyp. »Es ist allerdings davon auszugehen, dass im Rahmen von Forschungsprojekten in den kommenden Jahren fertige Systeme entstehen, die dann auch für die Endanwender zur Verfügung stehen werden«, so Heist. Vom 24. bis 28. April 2017 zeigen er und das Forscherteam rund um Projektleiter Dr. Peter Kühmstedt die Technologie auf der Hannover Messe (Halle 2, Stand C22 / C16).
