Opruimrobotica komt binnen handbereik

Robotisering moet het werken in gevaarlijke omgevingen voor mensen veiliger maken. Een Duits consortium werkt daar aan.

Onlangs opende het competentiecentrum Robdekon in Karlsruhe zijn deuren voor een geïnteresseerd, gespecialiseerd publiek en presenteerde de huidige stand van het onderzoek op het gebied van schoonmaakrobotica. De deelnemers konden zich tijdens demonstraties kennismaken met de (gedeeltelijk) autonome robotsystemen en vragen bespreken met de Robdekon-partners. De komende periode worden de technologieën die in het competentiecentrum worden ontwikkeld, in een reële omgeving getest en geschikt gemaakt voor praktisch gebruik.

Het evenement werd gehouden bij het Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Karlsruhe, dat Robdekon coördineert. De deelnemers konden diverse robotsystemen en autonome bouwmachines 'hands-on' testen en ervaren. De systemen worden ontwikkeld voor diverse toepassingsgebieden, zoals het meten van de lokale dosis, het wegfrezen van vervuilde betonlagen of het grijpen en transporteren gevaarlijke goederen.

Veiligheid

In het in 2018 gelanceerde competentiecentrum Robdekon (Roboter für die Dekontamination in menschenfeindlichen Umgebungen) ontwikkelen onderzoeksinstellingen en bedrijven gezamenlijk autonome en semi-autonome systemen voor taken die voorheen handmatig of met conventionele machines moesten worden uitgevoerd. Dit kan een belangrijke bijdrage leveren aan de arbeidsveiligheid van mensen. Toepassingsscenario's zijn bijvoorbeeld de sanering van chemisch verontreinigde gebieden en oude afvalstortplaatsen, de omgang met gevaarlijke stoffen en de ontmanteling van nucleaire installaties.

Tijdens het evenement lag de nadruk op de technologische verfijningen die het competentiecentrum heeft weten te realiseren. Deze vormen een belangrijke basis voor de bruikbaarheid ervan in de praktijk. Zo kunnen humanoïde robots nu reflecterende of transparante objecten herkennen bij het autonoom hanteren van systeemonderdelen. Autonome graafmachines kunnen vaten op afstand ophalen zonder ze te beschadigen. Via geavanceerde interfaces kunnen de robotsystemen met elkaar communiceren om complexe schoonmaaktaken autonoom in teamverband op te lossen en een intuïtieve mens-machine-interface te bieden.

Voorbeelden

De volgende ontwikkelingen konden in de praktijk worden ervaren:

• De GammaBot voor bouwonderzoek in nucleaire installaties van het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) reist autonoom door de ruimtes van een nucleaire installatie en brengt met een 3D-laserscanner de omgeving in kaart. De resulterende puntenwolken met hoge resolutie worden automatisch samengevoegd tot een ruimtelijk model. Aanvullende informatie zoals warmtebeelden, gammaspectrogrammen of metingen van het lokale dosistempo worden in extra lagen opgeslagen.
• Hetzelfde instituut toonde zijn Holodeck voor intuïtieve robotbesturing. Met een bedieningshendel die vrij in de ruimte kan worden bewogen en een Hololens-bril kunnen gebruikers machines zoals graafmachines vanaf een veilige afstand besturen of bewegingssequenties specificeren. De interface ondersteunt de gebruiker intuïtief via haptische terugkoppeling. Dit maakt de krachten en weerstand voelbaar die op een graafmachine ontstaan als deze tonnen probeert vast te pakken en te verplaatsen.
• De Armar-DE voor de decontaminatie van systeemcomponenten is ook al van KIT. Deze mensachtige robot is geoptimaliseerd voor grijpen en manipulatie met twee handen. Het kan onbekende objecten autonoom of semi-autonoom vastpakken en een geschikte grip kiezen. Dit is ook mogelijk in complexe situaties, bijvoorbeeld met reflecterende of transparante objecten, wat in de praktijk een uitdaging is. Van elke succesvolle en niet-succesvolle handeling leert de robot voor de toekomst.
• Het multirobotteam Terugwinning Gevaarlijke Stoffen van het Forschungszentrum Informatik (FZI) in Karlsruhe werd gedemonstreerd met behulp van twee robothonden. Op basis van het Robot Operating System (ROS) leggen ze de omgeving visueel vast, ondersteunen de operator bij het grijpen van objecten en brengen de lading vervolgens autonoom naar de gewenste bestemming.
• Het Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) met hoofdvestiging in Kaiserslautern heeft een controlecentrum voor gedeelde autonomie ontwikkeld. Dit kan flexibel per vrachtwagen, schip of ander transportmiddel nabij een gevaarlijke zone worden gepositioneerd. De robotsystemen kunnen vanaf een veilige afstand vanuit de container worden aangestuurd. Met behulp van de mastcamera kan de manoeuvre en de omgeving van het robotsysteem worden gevolgd. Ook heeft de gebruiker tijdens gebruik toegang tot een 3D weergave van de situatie.
• Fraunhofer IOSB zelf ontwikkelde een autonome 24-tons graafmachine, Alice gedoopt (foto). De graafmachine beschikt over hardware- en softwaremodules voor lokalisatie, omgevingskartering, obstakeldetectie en bewegingsplanning. De machine kan zich zelfstandig voortbewegen in onbekend, ongestructureerd terrein en verontreinigde aardlagen verwijderen. De demonstratie liet zien hoe Alice mensen ondersteunt bij het vastgrijpen van tonnen zonder schade aan te richten en deze vervolgens autonoom in het doelgebied te plaatsen.

Dankzij de hier gebruikte gestandaardiseerde Robdekon software-interface kunnen alle robotsystemen van het copetentiecentrum vanuit alle Robdekon controlecentra worden bediend en worden de sensorgegevens van de systemen weergegeven volgens de mogelijkheden van het controlecentrum.

Robdekon

Robdekon is een van de twee competentiecentra voor robotsystemen die sinds 2018 worden gefinancierd als onderdeel van het programma Forschung für die zivile Sicherheit van het Bundesministerium für Bildung und Forschung. Onderzoekspartners zijn behalve de genoemde instituten de Hochschule Karlsruhe en de industriële partners Götting, Kraftanlagen Heidelberg en ICP Ingenieurgesellschaft Prof. Czurda und Partner.

De huidige tweede financieringsfase loopt tot eind 2026. Het langetermijndoel is het opbouwen van een zichzelf onderhoudend netwerk van experts en gebruikers voor nieuwe technologieën voor decontaminatie met behulp van robots

Het instituut gaat nu op zoek naar praktische partners. De systemen bevinden zich nu in de fase waarin het instituut de robotsystemen van Robdekon kan testen in pilotprojecten. Fraunhofer IOSB zoekt bedrijven, zowel machinefabrikanten als gebruikers, die de praktische toepasbaarheid van de technologieën verder willen optimaliseren en de weg vrijmaken voor de praktijk. Geïnteresseerden kunnen op elk moment contact opnemen met het Robdekon-coördinatiebureau bij Fraunhofer IOSB.

Foto: Fraunhofer IOSB