Robotik Serviceroboter erhält neue Grundfähigkeiten

Das Fraunhofer IPA hat den interaktiven Serviceroboter Care-O-bot 4 mit neuen grundlegenden Fähigkeiten ausgestattet, mit denen er seine Umgebung besser wahrnehmen und bei der Personenführung sowie Nahrungsaufnahme unterstützen kann.

Während wir Menschen anhand von Sprache, Geräuschen und visuellen Eindrücken beinahe mühelos verstehen können, welche Hilfe unser Gegenüber benötigt, und in der Lage sind entsprechende Assistenzfunktionen anzubieten und auszuführen, muss ein Serviceroboter erst einmal dahingehend programmiert werden, dass er seine Umgebung erfassen und unterstützende Handgriffe ausführen kann.

Das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) hat sich dieser Aufgabe angenommen und neue Grundfertigkeiten für interaktive Serviceroboter entwickelt, deren Anwendung mithilfe des Care-O-bot 4 in zwei Forschungsprojekten getestet wurde. Dabei lag das Augenmerk darauf, dem tatsächlichen Bedarf von robotischer Unterstützung in der Praxis gerecht zu werden, weshalb die Anwendungsszenarien in Abstimmung mit Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern aus der stationären Pflege herausgearbeitet wurden. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wurde, wurden Ende letzten Jahres präsentiert.

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Im Rahmen des Projekts Aufmerksamkeitssensitiver Assistenzroboter (ASARob) wurden Perzeptionsalgorithmen entwickelt, mit deren Hilfe der Care-O-bot 4 die Aufmerksamkeitszustände des Menschen wahrnehmen und auswerten kann. Zusätzlich ermöglicht eine Softwarelösung, dass der Serviceroboter nicht nur Personen und ihre Posen erkennt, sondern auch seine Umgebung ganzheitlich begreift. Dieses räumliche Verständnis basiert auf Softwaremodulen, durch die der Roboter verschiedenste geometrische Formen klassifizieren und entsprechende Raumstrukturen ableiten kann. Dafür wurde das bisherige Umgebungsmodell um Semantiken erweitert.

„Diese Semantiken ergänzen die Bedeutung der Umgebungsinformation, die zunächst nur als dreidimensionale Punktwolke vorliegt. Die Semantiken identifizieren einzelne Objekte wie beispielsweise Stühle, Tische oder Pflanzen und liefern so mögliche Aufmerksamkeitsziele", erklärt Florenz Graf, der im Projekt die Arbeiten des Fraunhofer IPA koordinierte. Die Technologie wurde in einem praxisnahen Anwendungsszenario, in dem der Care-O-bot 4 eine Person sicher und aufmerksam durch ein Gebäude zu einem gewünschten Ziel begleitet, getestet.

Helfer am Esstisch

Das zweite Forschungsvorhaben mit dem Namen Robuste Perzeption für die interaktive Unterstützung älterer Nutzer im häuslichen Umfeld (RoPHa) umfasste die Entwicklung von Perzeptions- und Handhabungsfunktionen, damit der Serviceroboter den Menschen beispielsweise bei der mundgerechten Bereitstellung von Nahrung unterstützen kann.

Um diese Aufgabe erfolgreich ausführen zu können, muss der Care-O-bot 4 in der Lage sein, unterschiedliche Speisen zu schneiden und zu würzen sowie diese anzureichen. Dafür entwickelte das Fraunhofer IPA bildverarbeitende Algorithmen für die Segmentierung und Klassifizierung von Speisen, die auf Methoden des maschinellen Lernens beruhen. „Mithilfe dieser kann der Roboter sowohl den Nutzer als auch ausgewählte Speisen auf Tellern erkennen und genau lokalisieren“, erläutert Florian Jordan, der im Projekt die Softwareentwicklungen koordinierte. „So kann der Roboter Essen handhaben und damit bei einer typischen Alltagsaufgabe beispielsweise Menschen mit Querschnittslähmung unterstützen.“

In zwei Testreihen haben Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus der stationären Pflege die neuen Funktionen des Serviceroboters evaluiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die getesteten Szenarien zuverlässig umsetzbar sind. Außerdem gaben die Testpersonen überwiegend an, die Interaktion mit dem Roboter als angenehm zu empfinden, jedoch räumten sie noch Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Ausführungsgeschwindigkeit der Aufgaben ein.

Aufgrund der modularen Gestaltung der Algorithmen ergeben sich vielfältige Anwendungsbereiche, weshalb auch der Einsatz des Roboters in Großküchen, in denen er zum Beispiel Routineaufgaben übernehmen oder für hygienischere Büffets sorgen könnte, denkbar wäre, so Jordan.

Für einen weiterführenden Einblick in die Resultate der beiden Forschungsprojekte empfehlen wir die folgenden zwei Videos:

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