Service-Roboter, Bild: Pepperl+Fuchs

Der Service-Roboter mit Personenverfolgung wurde mithilfe des Mehrlagenscanners R2300 realisiert. Bild: Pepperl+Fuchs

| von Thorsten Schroeder, Pepperl+Fuchs

Mobile Roboter erobern als Service-Dienstleister immer mehr öffentliche Bereiche. Manche dieser Assistenten, beispielsweise Reinigungsroboter im Supermarkt, müssen Umgebungen nur erkennen und bei Hindernissen richtig reagieren, um ihre Arbeit zu erledigen. Andere hingegen, zum Beispiel Informationsroboter an Flughäfen wie München oder Seoul, interagieren mit Menschen, nähern sich ihnen bewusst an oder folgen ihnen. Der Mehrlagenscanner R2300 von Pepperl+Fuchs ermöglicht es Servicerobotern, ihr Arbeitsumfeld dreidimensional zu erfassen, um sich darin frei und funktionsgerecht bewegen zu können.

Hochgenaue 3D-Abtastung des Umfeldes

Der R2300 ist ein 3D-LiDAR-Sensor (Light Detection And Ranging) zur optischen Winkel- und Abstandsmessung. Der Mehrlagenscanner erzeugt vier leicht gefächerte Scanebenen, wodurch eine berührungslose und hochgenaue 3D-Abtastung des Umfeldes erreicht wird. Im Vergleich mit 2D-Sensoren, die nur über eine Scanebene verfügen, stellt der R2300 entscheidend mehr Messinformationen zur Verfügung und erreicht so eine höhere Detektionszuverlässigkeit und Funktionalität. Dadurch ist der Sensor in der Lage, spezifische Herausforderungen zu meistern, die die Servicerobotik an ihn stellt. Hierzu gehören insbesondere die detail-getreue Erfassung nicht nur einer Fläche, sondern von komplexen Umgebungen und von Veränderungen darin, das richtige Reagieren bei stationären, temporären und sich bewegenden Hindernissen sowie das bewusste Zufahren auf oder Folgen von Personen.

Sehvermögen für Serviceroboter

3D-LiDAR –Sensor R2300, Bild: Pepperl+Fuchs
Der kompakte 3D-LiDAR –Sensor R2300. . Bild: Pepperl+Fuchs

Mit seiner hohen Präzision und Zuverlässigkeit sowie seiner kompakten Baugröße löst der R2300 Applikationen der mobilen Servicerobotik auf technisch und wirtschaftlich effiziente Weise. Die innovative Pulse Ranging Technology (PRT), das von Pepperl+Fuchs entwickelte, direkte Abstand-Messverfahren, bildet hierfür die Grundlage. Eine leistungsstarke Laserdiode in der augensicheren Klasse 1 sendet kurze, energiereiche Lichtpulse aus, die vom Zielobjekt reflektiert und von einem Empfangselement im Sensor wieder erfasst werden. Aus der Dauer zwischen den Sende- und Empfangszeitpunkten ergibt sich die Entfernung zum Zielobjekt. Die Besonderheit dieses Verfahrens
– und damit die Überlegenheit der PRT gegenüber indirekten Verfahren mit permanent sendenden Lichtquellen – liegt in dem bis zu tausendmal höheren Energiegehalt des Einzelpulses. Hieraus resultiert unter anderem ein für die Servicerobotik idealer Messbereich. Beginnend bereits wenige Zentimeter vor der Optik des R2300 reicht er bis vier Meter auf schwarze Oberflächen und bis zehn Meter auf weiße Objekte. Gleichzeitig gewährleisten eine Messrate von 90 kHz und die feine Winkelauflösung von 0,1° eine hohe Messgenauigkeit und Detektionssicherheit, die Servicerobotern ein großes Sehvermögen verleiht. In Verbindung mit dem lasertypischen, kleinen Infrarot-Lichtfleck, der sich – obwohl unsichtbar – scharfkantig auf dem Objekt abbildet, ist der R2300 in der Lage, auch filigrane Objektstrukturen und Konturen zuverlässig zu erkennen. Die hohe Festigkeit der PRT gegen Fremdlicht, HF-Lampen und Reflexionen aus dem Einsatzumfeld sowie andere Störimpulse vermeidet einen Orientierungsverlust der autonom-mobilen Servicehelfer und stellt eine hohe Verfügbarkeit sicher.

Die meisten Serviceroboter sind platzsparend und wendig konzipiert – ein Design, an das sich Sensoren und andere Fahrzeugkomponenten anpassen müssen. Die kompakte Bauform des R2300 – mit einer Bauhöhe von gerade einmal 58 Millimetern – bietet das geforderte, hohe Maß an Platzeffizienz. Gleichzeitig misst der Sensor simultan in vier Ebenen und bietet dadurch eine 3D-Funktionalität, für die sonst mehrere Sensoren – mit entsprechendem Platzbedarf und Verdrahtungsaufwand – erforderlich wären. Auch die elektrische Einbindung des R2300 in die Steuerung eines Serviceroboters ist sehr schnell und sicher möglich. Die Ausgabe der Messwerte, unter anderem für Winkel, Distanz und Remission, erfolgt automatisierungsgerecht über die Ethernet-Schnittstelle des Sensors.  Sie werden als Rohdaten bereitgestellt und können so von Integratoren direkt in deren Automatisierungslösungen übernommen werden.

Das bleibt hängen

Mehrlagenscanner R2300

  • Der R2300 ist ein 3D-LiDAR-Sensor (Light Detection And Ranging) zur optischen Winkel- und Abstandsmessung. Er dient zur 3D-Detektion in der Servicerobotik.
  • Das Arbeitsumfeld erfasst er detailgetreu.
  • Seine platzsparende Bauform ist besonders geeignet für kompakte und wendige Serviceroboter.
  • Die Pulse Ranging Technology, das von Pepperl+Fuchs entwickelte, direkte Abstand-Messverfahren, gewährleistet präzise Messergebnisse und hohe Verfügbarkeit.
  • Die Messwertausgabe erfolgt als Rohdaten über EtherNet-Schnittstelle.

Servicerobotik wird zur Schlüsseltechnologie

Experten sagen voraus, dass in ein paar Jahren mobile Serviceroboter als flexible Assistenten für alltägliche Aufgaben und Situationen noch sehr viel stärker das Bild öffentlicher Bereiche prägen werden als heute. Sie werden in immer mehr Branchen den Menschen unterstützen und zur Wertschöpfung beitragen. Dies liegt, neben den wirtschaftlichen Erfordernissen und den sozio-ökonomischen Entwicklungen, auch daran, dass die Sensorik für solche autonom agierenden Einheiten immer leistungsdichter und vielseitiger wird. Der R2300 ist ein wichtiger Meilenstein auf diesem Weg. Oder anders ausgedrückt: Mit dem R2300 steht eine Sensorlösung bereit, die das Potenzial einer Enabling Technology für die Servicerobotik in sich trägt – und damit voll im Trend liegt. 

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