Realisierung eines Konzepts für einen sicheren Ultraschall-Array

Autor: Alexander Kirfel

Hochschule: Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Bachelorarbeit 2012

Kurzfassung: Durch die Entwicklung kollaborierender Roboter, die eng mit Menschen zusammenarbeiten, werden neuartige Schutzeinrichtungen nötig. Für eine mögliche Schutzeinrichtung nutzt das Forschungsprojekt EsIMiP (gefördert von der Bayerischen Forschungsstiftung) eine Vielzahl von Ultraschallsensoren. Neben der notwendigen Sicherheit muss eine Schutzeinrichtung aber auch wirtschaftlichen Ansprüchen genügen.

Das Ziel dieser Arbeit war es nachzuweisen, dass eine Ultraschallschutzeinrichtung auf der Basis von handelsüblichen Ultraschallsensoren aus der Automobilindustrie die Anforderungen der EN ISO 13849-1 an Kategorie-3-Schutzeinrichtungen erfüllen kann.

Hierzu wurde ein Demonstrator in typischer Größe eines Roboterarms erstellt, in den 18 Ultraschallsensoren eingebaut wurden. Diese Sensoren wurden so angeordnet und ausgewertet, dass ein einzelner Fehler in einem Teil des Sensornetzwerks nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führt. Zusätzlich wurden Fehlertests entwickelt und implementiert, die den Ausfall einzelner Sensoren feststellen können.

Resultate einzelner Fehlertests wurden am PC visualisiert. Weiterhin wurde die von den Ultraschallsensoren als frei erkannte Umgebung des Roboterarms am PC visualisiert, und eine Kollisionsprüfung von Roboterarm und Grenze der freien Umgebung wurde implementiert.

Zusätzlich wurde in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, um die Arbeitsumgebung des Roboters mithilfe der Ultraschallsensoren zu erfassen und in eine lückenlose Oberfläche zu konvertieren. Um festzustellen, ob ein reduzierter Messwert einen bekannten oder einen unbekannten Gegenstand darstellt, wurde für diese Oberfläche und die aktuellen Messwerte der Ultraschallsensoren eine grafische Kollisionsbestimmung implementiert. Diese Kollisionsbestimmung konnte auf die Grafikkarte des genutzten PCs ausgelagert werden.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Björn Ostermann

Fachbereich 5 Unfallverhütung - Produktsicherheit

Tel: 02241 231-2670
Fax: 02241 231-2234