Kleiner Roboter kommt zum Reinigen und Desinfizieren
Er putzt und desinfiziert Lichtschalter und Türklinken. Künftig soll er auch noch Türen öffnen und selbstständig Aufzug fahren können. Die Fraunhofer-Forschenden haben mit dem neu entwickelten Roboter noch viel vor. Zum Einsatz kommen könnte er zum Beispiel in öffentlichen Gebäuden und im Gesundheitswesen.
Per Tablet brachten Forschende dem Roboter die entsprechenden Aufgaben bei.
Foto: Agnes Vosen/Fraunhofer IMW
Bereits 2020 hatte eine Gruppe Forschender des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA einen ersten Desinfektionsroboter entwickelt. Er stellt die Basis für den jetzt neuen DeKonBot 2 dar. Alle Erfahrungen aus dem ersten Projekt flossen in die überarbeitete Version ein. „Das Ziel war es, einen kompakten, kostengünstigen und funktionalen Roboter zu gestalten“, erläutert Simon Baumgarten, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA und verantwortlich für den Aufbau des Roboters. Die größte Herausforderung war für die Forschenden die Gestaltung des Reinigungswerkzeugs. Es sollte flexibel sein und zugleich nicht viel Platz einnehmen. Dazu müsse es ganz unterschiedliche Objekte möglichst effektiv desinfizieren. Keine leichte Aufgabe.
Roboter springt wie Gepard: Ingenieure entwickeln Bahnbrechendes
Deshalb setzten die Forschenden auf eine neue mobile Plattform: Scitos X3 von der Firma MetraLabs. Sie besitzt einen einfachen Differentialantrieb, was Kosten spart und zugleich mehr Platz für alle Aufbauten bietet. Ein kollaborativer Sechsachs-Knickarm-Roboter der Firma Universal Robots war für die Weiterentwicklung aus Forschersicht die beste Wahl, weil dieser sich besser bewegen kann, vor allem um Objekte herum, und an alle wichtigen Kontaktflächen herankommt. Der zuvor verwendete Mikrofaser-Schwamm wurde ebenfalls ausgetauscht. Ein Bürstensystem soll nun verhindern, dass Keime sich über das Reinigungswerkzeug unnötig verbreiten.
Roboter erkennt mittels Sensoren Objekte und desinfiziert sie
Damit der Roboter eigenständig agieren und lernen kann, braucht es die passende Software. Dabei ist entscheidend, dass die verwendeten Algorithmen sehr zuverlässig vor allem bei unterschiedlichen Bedingungen der Umgebung funktionieren. Sie müssen unter anderem Türklinken, -knäufe, Lichtschalter und Aufzugknöpfe in einem Raum erkennen und deren genaue Position orten. Das gelingt mittels maschinellem Lernverfahren. Zweidimensionale RGB-Bilder der Objekte machen es möglich, diese zu erkennen, gemäß der verschiedenen Objekttypen einzuordnen, um dann die Reinigungsbewegung daraufhin anzupassen. Ein neu entwickeltes Sensorsystem aus einem Zeilenlaserscanner sorgt dafür, dass der Roboter die genaue Position und auch die Kontur des Objekts, das er reinigen soll, erkennt. Der Zeilenlaserscanner kann auch Oberflächen, die eine Spiegelung verursachen, präzise erfassen.
Damit der Roboter am Ende selbstständig arbeiten kann, benötigt er ein einmaliges Einlernen. Das übernahmen während des Praxistests drei Führungskräfte des Energieunternehmens EnBW in einem Bürogebäude. Per Fernsteuerung navigierten sie ihn durch alle Räume, die der Roboter reinigen soll. Dieser erstellt automatisch eine Karte und markiert alle Objekte, die es zu reinigen gilt. Danach ist er in der Lage, die Reinigung autonom auszuführen. Alternativ ließen sich auch Routinen festlegen. Das bedeutet, der Roboter weiß, welche Bereiche er zu bestimmten Zeiten reinigen soll. Während des Praxistests haben die Forschenden alle relevanten Leistungsdaten gemessen, wie die Dauer einzelner Aufgaben, Fehler, die auftraten sowie deren Häufigkeit.
Roboter reinigt und desinfiziert zuverlässig – Nutzer sind zufrieden
Zur Reinigung an sich bewegt sich DeKonBot 2 auf das zu reinigende Objekt zu und bewegt seinen Arm mit den Sensoren und dem Reinigungswerkzeug nach vorn. Damit keine Tropfen entstehen, streift der Roboter die Bürsten an einem eigens dafür installierten Gitter ab. Nach einer gründlichen Vermessung des Objekts startet der Roboter mit der Reinigung. Dafür bewegt er seinen Arm entsprechend und desinfiziert Griff, Knauf oder Schalter vollständig. „Mit der technischen Zuverlässigkeit und den erzielten Leistungsdaten sind wir sehr zufrieden“, zieht Simon Baumgarten eine erste Bilanz. Der Roboter navigiere zuverlässig autonom durch die Umgebung und erkenne und desinfiziere die Objekte wie gewünscht. Lediglich die Türknäufe bereiten ab und an Schwierigkeiten. Erfreut sind die Forschenden über die Akzeptanz des Roboters. Die Beteiligten am Praxistests könnten sich vorstellen, den Roboter dauerhaft einzusetzen.
DeKonBot 2 könnte künftig eine gute Unterstützung bieten. Schließlich gewannen Reinigung und Desinfektion seit Beginn der Corona-Pandemie mehr und mehr an Bedeutung und zugleich fehle in der Reinigungsbranche Personal, aufwendige Qualitätskontrollen würden dadurch immer schwieriger. In diesem Zusammenhang entstand das Projekt „MobDi – Mobile Desinfektion“, an dem zwölf Einrichtungen der Fraunhofer-Gesellschaft von Oktober 2020 bis November 2021 beteiligt waren. Im nächsten Schritt betrachtet das Team des Fraunhofer IMW die Wirtschaftlichkeit des Roboters. Aktuell müsste er 24 Stunden am Tag arbeiten, inklusive der Ladevorgänge, damit er in acht Jahren abgeschrieben sei. Das sei aber verbesserungswürdig. „Wir werden den Scanvorgang und die gesamten Bewegungsabläufe noch beschleunigen“, sagt Baumgarten. Geplant sei auch, einzelne Komponenten wie Werkzeug und Tank in punkto Sicherheit und Hygiene zu verbessern. Perspektivisch wollen die Forschenden dem Roboter beibringen, Türen zu öffnen und Aufzug zu fahren.
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