Fraunhofer IPA: Der Roboter säubert das Büro

Der Care-O-bot wird zum Kehr-o-bot: Forscher vom Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) haben ihrem Serviceroboter beigebracht, den Fußboden zu reinigen und Papierkörbe zu leeren und präsentieren das auf der Hannover Messe (Halle 2, Stand D28). Allerdings ist diese Fähigkeit weniger als Erweiterung für den Robobutler daheim gedacht.

Der Roboter kommt in einen Raum und sucht zunächst nach einem Papierkorb. Hat er ihn gefunden, platziert er sich neben ihn, greift ihn und bringt ihn zum Sammelwagen, wo er ihn ausleert. Danach inspiziert der Roboter den Fußboden und reinigt ihn, wenn er Schmutz darauf findet. "Es wird also nicht täglich der ganze Fußboden gereinigt, sondern es wird nur an den Stellen, wo es Bedarf gibt, ein Staubsauger oder ein Akkubesen angesetzt", erklärt Richard Bormann vom Fraunhofer IPA im Gespräch mit Golem.de.

Wo ist der Boden, was ist Schmutz?

Die Fraunhofer-Forscher haben mit Bodenreinigung und Papierkörbeleeren angefangen, weil das zwar zeitaufwendige, aber relativ einfache Aufgaben sind. Dennoch: Was für einen Menschen ohne großes Nachdenken funktioniert - einen Raum betreten, sich nach dem Papierkorb umschauen, einen Blick auf den Boden werfen -, stellt in der Robotik eine große Herausforderung dar. "Das fängt schon mit der Wahrnehmung an", sagt Bormann. "Wir müssen dem Roboter erst einmal beibringen, wo der Fußboden ist und was Verschmutzungen sind."

• 

Der Care-O-bot wird zum Reinigungsroboter (auf der Hannover Messe 2014). (Foto: Werner Pluta/Golem.de)

Gerade auf einem gemusterten Fußboden ist das gar nicht so einfach: Er muss das Muster des Teppichs ignorieren, aber Unregelmäßigkeiten darauf - eben Schmutz oder einen Fleck - nicht. Die Stuttgarter Robotiker haben dafür einen geschickten Dreh gefunden: Der Roboter führt eine Frequenzanalyse des Bodens durch und filtert alle Regelmäßigkeiten heraus.

Überraschendes Weiß auf schwarzem Untergrund

Übrig bleibe eine schwarze Fläche, auf der in Weiß "die überraschenden Anteile des Bildes" erscheinen, sagt Bormann. Das seien Verschmutzungen, denen der Roboter mit seinem Besen beizukommen versuche. Schlage das fehl, etwa weil der Roboter auf eine Steckdose gestoßen sei, könne er ein Bild davon aufnehmen und an den Bediener schicken. Dieser weise den Roboter an, die Steckdose künftig zu ignorieren. Auf diese Weise lernt der Roboter, was Schmutz ist und was nicht.

Den Papierkorb findet der Roboter mit Hilfe von Objekterkennungsalgorithmen: "Der Roboter stellt mit dem Kamerasystem fest: Ist dort ein Papierkorb, und wo steht er?" beschreibt der Fraunhofer-Robotiker. Den Standort trägt er in seine interne Karte ein und steuert ihn an.

Langsamer Roboter

Von der Geschwindigkeit kommt der Roboter mit der menschlichen Konkurrenz noch nicht mit: Reinigungsunternehmen setzen für einen Menschen in einer Stunde etwa 450 Quadratmeter an. "In unseren ersten Tests sind wir auf knapp 100 Quadratmeter gekommen - also deutlich weniger als das, was ein Mensch kann", sagt Bormann. Ziel seien 300 Quadratmeter pro Stunde. Die geringere Leistung mache der Roboter dadurch wett, dass er länger im Einsatz sein könne als ein Mensch.

Der Care-O-bot ist ursprünglich als Serviceroboter konzipiert. Er ist etwa 1,45 Meter groß und bewegt sich auf vier Rädern. Er hat einen Arm mit mehreren Gelenken, der in einem Greifer mit drei Fingern endet. In seinem Kopf, den er nach vorne beugen kann, sitzen mehrere Kameras und Laserscanner. Sein zweiter Arm ist ein Tablett, auf dem er Gläser oder Teller transportiert. Es ist zudem ein Touchscreen, über den der Roboter bedient werden kann.

Kleiner und kompakter

Ein echter Kehrroboter müsse kleiner und kompakter sein, damit er unter einem Schreibtisch kehren oder in enge Zwischenräume fahren könne, sagt Bormann. Außerdem brauche er nicht unbedingt einen Arm mit sieben Freiheitsgraden - ein einfaches Hebesystem für die Papierkörbe reiche aus. An dem Projekt "Robotergestützte Reinigung", einem Teil des Forschungsvorhabens Plug&Play für Automatisierungssysteme (AutoPnP), arbeiten die Stuttgarter seit zwei Jahren. Es werde aber noch drei bis fünf Jahre dauern, bis daraus ein zuverlässiges Produkt werden könne.

Gebäudereinigungsunternehmen befürchten, dass sie in Zukunft nicht mehr genug Personal rekrutieren können. Um diesen Personalmangel auszugleichen, soll ein Teil der Arbeit automatisiert werden.