Untersuchung eines MEMS-basierten Ultraschall-Sensorsystems zur Erhöhung der Sicherheit beim Kollaborationsbetrieb von Industrierobotern

Autor: Alexander Kirfel

Hochschule: Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Masterarbeit 2015

Kurzfassung: Diese Arbeit behandelt die Konzeption, Realisierung und Untersuchung eines Ultraschall-Sensorsystems zur Verbesserung der Sicherheit im Kollaborationsbetrieb mit Industrierobotern. Es wird damit primär ein Beitrag zum Arbeitsschutz an Arbeitsplätzen mit Industrierobotern geleistet - eine Übertragung der dargestellten Prinzipien auf andere Maschinenarten ist aber denkbar.

Durch die Fokussierung dieser Arbeit auf einen holografischen Messansatz musste ein dichter, rechteckig gleichabständiger Mikrofonverbund geschaffen werden. Die Umsetzung erfolgte anhand kostengünstiger MEMS-Mikrofone (MEMS: Mikro-Elektro-Mechanisches System) für Standardzwecke. Für die akustische Ausleuchtung des Messbereichs wurden "klassische" Piezo-Ultraschallwandler genutzt. Gemeinsam bilden Mikrofonverbund und Ultraschallsender ein aktives Sensorsystem für die Bereichsüberwachung am Roboter. Mithilfe des Sensorsystems konnten akustische Hologramme aufgezeichnet werden. Durch eine Rekonstruktion der darin gespeicherten räumlichen Schalldruckverteilung, konnten Ortsinformationen über die Umgebung und die darin befindlichen Objekte gewonnen werden.

Mithilfe des Sensorsystems wurde untersucht werden, inwiefern die Einschränkungen von Ultraschall-Abstandssensoren für den Kollaborationsbetrieb überwunden werden können. Das System sollte dafür eine berührungslos überwachte Schutzzone ausbilden, die räumlich aufgelöst werden kann, um darin eingedrungene Körperteile des Menschen anhand ihrer Ortsinformation selbst im Vorhandensein anderer Objekte zu erkennen. Ferner wurde versucht, eine Lokalisation von Objekten zu ermöglichen. Schließlich wurde eine berührungslose akustische Bildgebung angestrebt, die es dem Roboter erlauben soll, seine Umgebung wie mit einem optischen Kamerasystem wahrzunehmen.

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Unfallprävention: Digitalisierung - Technologien

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