Robots voor desinfecteren van oppervlakken

Sinds de uitbraak van de coronapandemie staan schoonmaak- en desinfectietaken in gebouwen centraal, omdat ze de verspreiding van het virus kunnen helpen voorkomen. Ook de gespannen arbeidsmarkt en uitgebreide kwaliteitscontroles zetten de schoonmaakbranche onder druk. Robotsystemen kunnen ondersteuning bieden.

Beschikbare automatiseringsoplossingen zoals op UV gebaseerde desinfectierobots of robots voor sproeidesinfectie kunnen om veiligheidsredenen ruimtes alleen desinfecteren als ze verlaten zijn. Dit ontlast het personeel slechts minimaal. De vaak Voor de noodzakelijke veegdesinfectie van oppervlakken - bijvoorbeeld in ziekenhuiskamers of op technische apparatuur en infrastructuur zoals lichtschakelaars of liftknoppen - blijft schoonmaakpersoneel het werk doen.

Desinfectierobot

In het project MobDi (Mobiele desinfectie) hebben twaalf Fraunhofer-instituten nieuwe sleuteltechnologieën ontwikkeld voor op robots gebaseerde mobiele reiniging en desinfectie. Als onderdeel van het project ontwikkelde en bouwde het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart de desinfectierobot DeKonBot 2. Het Fraunhofer-Zentrum für Internationales Wissensmanagement und Wissensökonomie (IWM) in Leipzig ontwikkelde de grafische gebruikersinterface voor een intuïtieve bediening.

DeKonBot 2 is de doorontwikkeling van de gelijknamige desinfectierobot, die Fraunhofer IPA in 2020 presenteerde. Op basis van de opgedane ervaring hebben de robotica-experts de hardwarecomponenten herzien. Het doel van de verdere ontwikkeling was om een compacte, betaalbare en functionele robot te ontwerpen. Een andere uitdaging was om het reinigingshulpmiddel flexibel en ruimtebesparend te maken en tegelijkertijd een grote verscheidenheid aan objecten effectief te kunnen desinfecteren."

Naar productie

De beoogde toepassingsgebieden van de robot zijn openbare gebouwen en zorginstellingen. Fraunhofer IPA wil de robot het komende jaar samen met MetraLabs in Ilmenau gereed maken voor tot productie, zodat deze vanaf begin 2023 kan worden geleverd. De Scitos X3 van MetraLabs wordt nu gebruikt als mobiele basis. Dit is een platform met een eenvoudige differentieelaandrijving dat economischer is dan het eerder gebruikte omnidirectionele platform en meer ruimte biedt voor alle benodigde bovenbouw.

De originele Scara-robot werd vervangen door een zesassige cobot met gelede arm van Universal Robots. Deze kan beter om te desinfecteren objecten heen bewegen en alle relevante contactoppervlakken bereiken. In plaats van de oorspronkelijke microvezelspons gebruikt DeKonBot 2 een borstelsysteem. Het onderdompelen van de borstels in de tank met desinfectiemiddel desinfecteert de borstels en voorkomt dat ziektekiemen worden overgedragen naar het reinigingsgereedschap.

Software

Aan de softwarekant is de detectie van de te desinfecteren objecten een sleuteltechnologie van de DeKonBot 2. De algoritmen moeten worden gebruikt in verschillende omgevingscondities (bijvoorbeeld wisselende lichtomstandigheden) betrouwbaar functioneren. Deurknoppen, deurknoppen, lichtschakelaars en liftknoppen et cetera zijn in verschillende vormen en vormen te herkennen en te lokaliseren in de ruimte.

Dit is mogelijk dankzij machine learning processen. De robot herkent de objecten aan de hand van tweedimensionale RGB-beelden en classificeert ze in verschillende objecttypes waarop de robot zijn reinigingsbeweging aanpast. Om de exacte positie en contour van het te reinigen object te bepalen, wordt een nieuw ontwikkeld sensorsysteem gebruikt. Dit is gebaseerd op een lijnlaserscanner die ook reflecterende oppervlakken betrouwbaar en nauwkeurig detecteert.

Leren en gebruiken

Om autonoom werken mogelijk te maken, moet het schoonmaakpersoneel de robot een keer in een nieuwe werkomgeving lesgeven. Hiervoor rijdt de robot op afstand bestuurd door het gehele te reinigen gebied en maakt daar automatisch een plattegrond van. Tijdens de leercyclus markeert het personeel de positie van alle te reinigen objecten door de robot ervoor te bewegen. Na het inleerproces kan de autonome reiniging beginnen.

De robot rijdt automatisch door een door de gebruiker aangegeven gebied. Als alternatief kunnen routines worden gedefinieerd waarin de robot op bepaalde tijden afzonderlijke gebieden reinigt. DeKonBot 2 beweegt naar de eerder aangeleerde positie voor een te reinigen object en beweegt zijn arm met de sensoren en het reinigingsgereedschap naar voren. Hij veegt de borstels af op een rooster om nadruppelen te voorkomen.

Hij meet met zijn sensoren het te reinigen object en plant vervolgens met de sensordata de benodigde beweging van de robotarm zodat de borstels de handgreep, knop of schakelaar volledig desinfecteren. De robot begint dan met het desinfectieproces. Als dit klaar is, plaatst hij het reinigingsgereedschap weer veilig in de desinfectietank en rijdt naar het volgende object.

Praktijktest

Een belangrijk doel van de verdere ontwikkeling van de DeKonBot was om de productnabijheid en bruikbaarheid te verbeteren. Om dit te controleren, hebben de wetenschappers van beide Fraunhofer-instituten een week lang tests uitgevoerd op één verdieping in een kantoorgebouw van energiebedrijf EnBW. Lichtschakelaars, deurklinken en knoppen moesten worden schoongemaakt.

Managers van EnBW en drie management- en vier schoonmaakspecialisten van schoonmaakbedrijf Gegenbauer bestuurden de robot. Ze leerden het voertuig nieuwe objecten en startten en observeerden reguliere operaties. Relevante prestatiegegevens werden gemeten; zo werden bijvoorbeeld de duur van individuele taken, fouten die optreden en hun frequentie gelogd.

De ontwikkelaars zijn tevreden over de technische betrouwbaarheid en de behaalde prestatiegegevens. De autonome navigatie van de robot in de operationele omgeving werkte feilloos. Ook de detectie en desinfectie van deurklinken en lichtschakelaars was succesvol. Alleen met de deurknoppen waren er af en toe moeilijkheden. Uit de gebruikerstesten bleek dat de acceptatie van de robot hoog is: de robot werd goed ontvangen door de proefpersonen. Ze konden hem na de introductie met succes bedienen en iedereen kon zich voorstellen dat hij permanent met de robot zou werken.

Business case

Op basis van een TCO-berekening onderzocht het team van Fraunhofer IMW ook de economische kant van de robot. Er werd rekening gehouden met alle kosten die worden gemaakt op de gemeten en toekomstig haalbare prestaties en de kosten van de robot van aanschaf tot uitfasering. Als vergelijkingswaarde dienden de kosten van schoonmaakpersoneel dat alleen de genoemde objecten desinfecteert.

Tot nu toe kan de robot dertig objecten per uur reinigen onder omstandigheden zoals in de test. De berekeningen toonden aan dat 45 objecten per uur economisch is. In het economische scenario werkt de robot 24 uur per dag (inclusief opladen), de afschrijvingstermijn is dan acht jaar. Met de huidige verdere ontwikkelingen en optimalisaties moet deze beoogde prestatie worden behaald. De onderzoekers zullen het scanproces en de volledige bewegingssequenties versnellen. Ze gaan ook individuele componenten, zoals het gereedschap en de tank, verbeteren op het gebied van veiligheid en hygiëne. In de toekomst gaan ze de robot leren deuren te openen en de lift te besturen.

Foto: Agnes Vosen, Fraunhofer IMW