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Benutzer:Thirafydion/FRIEND

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Nützliche Links
* en:Care-Providing Robot FRIEND
* Homepage FRIEND
* Ein Freund fürs Leben. Bei rehacare.de der Messe Düsseldorf


Assistenzroboter FRIEND

FRIEND ist ein Assistenzroboter, der behinderte und ältere Personen bei den Aktivitäten des täglichen Lebens unterstützen und ihnen eine Reintegration ins Berufsleben ermöglichen soll. FRIEND ist ein Akronym und steht für Functional Robot arm with user-frIENdly interface for Disabled people (Deutsch: funktionaler Roboterarm mit benutzerfreundlicher Schnittstelle für Personen mit Behinderung). Er wird seit 1997 am Institut für Automatisierungstechnik (IAT) der Universität Bremen entwickelt [1][2][3][4][5] und soll in wenigen Jahren Behinderten zeitweise ihre Autonomie zurückgeben.

Funktionen

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Das System FRIEND besteht aus vielen einzelnen Bauteilen, die zu einem Gesamtsystem kombiniert wurden. Als Basis dient ein elektrischer Rollstuhl, an dem ein Leichtgewicht-Roboterarm mit sieben Freiheitsgraden, ein Kamerasystem sowie weitere Sensoren angebracht sind. Das Kamerasystem dient dazu, die Umgebung zu erfassen, Objekte zu erkennen sowie deren 3D-Position zu bestimmen, so dass diese vom Roboterarm gegriffen werden können. Über die Benutzerschnittstelle kann die Person bestimmte Aufgaben auf einem hohen Abstraktionsniveau auswählen (z.B. Schenk ein Getränk ein) auswählen. Die Ausgabe wird anschließend autonom vom System ausgeführt, d.h. zuerst werden alle nötigen Objekte von FRIEND mit Hilfe des Kamerasystems in der Umgebung erkannt (z.B. Flasche, Glas, Kühlschrank, ...) und deren 3D-Position bestimmt. Aus diesen Informationen wird dann ein 3D-Modell der Umgebung aufgabaut, das als Grundlage für die Bewegungsplanung des Roboterarms dient. Wurde ein gültige Trajektorie gefunden, wird die Bewegug autonom vom System ausgeführt und z.B. die Flasche wird gegriffen. Die Steuerung des Assistenzroboters FRIEND durch den Benutzer kann je nach Art und Grad der Behinderung durch einen Kinnjoystick oder eine Sprachsteuerung erfolgen. Auch andere Schnittstellen wie ein Brain-Computer-Interface sind angedacht.

Interdisziplinäres Projekt

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Im Teilprojekt AMaRob beeinflusste ein interdisziplinäres Konsortium bestehend aus Technikern, Designern sowie Therapeuten und weiteren Vertretern verschiedener Interessengruppen die Entwicklung von FRIEND. Neben technischen Aspekten wurden dabei auch Designaspekte sowie Erfahrungen von Therapeuten berücksichtigt. Das Projekt AMaRob wurde dabei durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der "Leitinnovation Servicerobotik" gefördert. Insbesondere in der Altenpflege wird mit großem Bedarf der Servicerobotik gerechnet.[6] [7]

System

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FRIEND wurde aus industriellen Komponenten gefertigt. Er basiert auf der Rollstuhlplattform Nemo Vertical, ein elektrischer Rollstuhl der Firma Meyra. Der Basisrollstuhl wurde mit folgenden zusätzlichen Komponenten ausgestattet:

Roboterarm
Der Leichtgewichtroboterarm LWA3 (Leight Weight Robotic Arm) ist ein Roboterarm mit 7 Freiheitsgraden von Schunk, der auf einem automatischen Schwenkarm befestigt ist. So kann der Arm hinter dem Sitz geparkt werden, um FRIEND durch enge Passagen zu navigieren. Der Roboterarm ist mit der Handprothese „Sensorhand Speed“ von Otto Bock ausgestattet, die eine integrierte Rutschsensorik besitzt. So kann das Rutschen eines gegriffenen Objektes erkannt und die Kraft der Hand dementsprechend angepasst werden. Am Handgelenk des Roboterarms befindet sich ein Kraftmomentensensor, mit dessen Hilfe kraftmomentenbasierte Robotersteuerung durchgeführt sowie Kollisionen erkannt werden können.
TFT-Bildschirm
Der TFT-Bildschirm ist auf einem Schwenkarm montiert und über ihn werden dem Benutzer visuelle Informationen zur Verfügung gestellt.
Intelligentes Tablett
Vor dem Benutzer befindet sich ein intelligentes Tablett, auf dem Gegenstände vom Roboterarm abgestellt werden können. Dieses Tablett besteht aus vielen einzelnen Infraroteinheiten, die präzise Informationen über die Position zu manipulierender Objekte liefern.
Stereokamerasystem
Ein Bumblebee-Stereokamerasystem, das vom Hersteller vorkalibriert ist, sowie Tools für die Synchronisierung und Stereoprojektion zur Verfügung stellt, wird verwendet, um Informationen aus der Umgebung aufzunehmen. Sie ist über dem Benutzer auf einem Schwenk-Neige-Kopf montiert, der wiederum auf einem Gestell hinter dem Sitz befestigt ist.
Eingabegeräte
Es gibt verschiedene Eingabegeräte, die für FRIEND zur Verfügung stehen bzw. sich noch in der Entwicklungsphase befinden: Kinnjoystick, Handjoystick, Sprach-Ein- und Ausgabe, Brain-Computer-Interface sowie Augensteuerung. Die Art des Eingabegerätes kann gemäß den Behinderungen oder Wünschen des Benutzers angepasst werden.
Infrarotkommunikation und -geräte
Unterhalb des Schwenk-Neige-Kopfes ist eine Infrarotkontrolleinheit zur Kommunikation mit verschiedenen Geräten in der Umgebung des Robotersystems angebracht, die von der Firma IGEL entwickelt wurde. So können zum Beispiel automatische Türöffnermechanismen für den Kühlschrank und die Mikrowelle, die Konfiguration der Mikrowelle selbst oder andere elektronische Komponenten drahtlos bedient und gesteuert werden.

Szenarios

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Innerhalb des AMaRob-Projektes wurden in Zusammenarbeit mit dem Neurologischen Rehabilitationszentrum Friedehorst in Bremen drei Szenarien entwickelt, durch die behinderte und ältere Menschen bei den Aufgaben des täglichen Lebens (ADL - Activities of Daily Living) sowie im Berufsleben durch den Assistenzroboter FRIEND unterstützt werden können.

ADL
In diesem Szenario kann der Benutzer mit Hilfe von FREND eine Mahlzeit vorbereiten und essen. Dafür wurde ein spezielles Mahlzeitentablett, das vom Roboterarm gegriffen werden kann, entwickelt. Zuerst wird das Mahlzeitentablett aus dem Kühlschrank geholt, der mit einem automatischen Türöffner ausgestattet ist. Dann stellt der Roboterarm das Mahlzeitentablett in die ferngesteuerte Mikrowelle, um das Essen aufzuwärmen. Nach dem Erwärmen holt der Roboterarm das Mahlzeitentablett wieder heraus und stellt es vor dem Benutzer auf das Tablett des Rollstuhls ab. Jetzt kann er dem Benutzer beim Essen behilflich sein. Mit Hilfe eines speziell entwickelten Löffels kann er etwas Essen aus dem Teller aufnehmen und den Benutzer füttern. Nach dem Essen wird das Mahlzeitentablett abgeräumt. Die jeweiligen Griffe sind so konstruiert worden, das sie zuverlässig vom Kamerasystem erkannt und einfach vom Roboterarm gegriffen werden können.
Bibliothek
Das erste berufliche Szenario ist am Servicetresen in einer Bibliothek angesiedelt. Berufliche Szenarien sind für behinderte Personen äußerst wichtig, da durch sie eine Reintegration in das tägliche Leben ermöglicht wird. Mit FRIEND kann der Benutzer Aufgaben wie das Ausleihen und Zurückgeben von Büchern erledigen.
Werkstatt
Das zweite berufliche Szenario findet in einer Behindertenwerkstatt statt. Das realisierte Szenario steht stellvertretend für alle Aufgaben in der Industrie, bei denen es um Qualitätskontrollen geht. Hier geht es um die Überprüfung von Tastaturfeldern für öffentliche Telefonzellen. Ein Tastaturfeld wird vom Roboterarm aus einem Magazin entnommen und anschließend in ein Testgerät gesteckt, um eine Elektroniküberprüfung durchzuführen. Danach muss das Tastaturfeld noch visuell durch den Benutzer auf Risse oder ähnliche Schäden hin untersucht werden. Abhängig vom Ergebnis wird das Tastaturfeld dann als funktionsfähig oder defekt eingestuft.

Forschungsbereiche

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  • Bewegungsplanung und Hindernisvermeidung für den Roboterarm: [20] [21]
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Projektseite:

Einzelnachweise

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  1. ↑ Martens, C., Prenzel, O., Gräser, A.: The Rehabilitation Robots FRIEND-I & II: Daily Life Independency through Semi-Autonomous Task-Execution. In: I-Tech Education and Publishing. Vienna, Austria 2007, S. 137?162 (intechweb.org).
  2. ↑ Ivlev, O., Martens, C., Gräser, A.: Rehabilitation Robots FRIEND-I and FRIEND-II with the dexterous lightweight manipulator. In: Restoration of Wheeled Mobility in SCI Rehabilitation. 17. Jahrgang, 2005.
  3. ↑ Volosyak, I., Ivlev, O., Gräser, A.: Rehabilitation robot FRIEND II - the general concept and current implementation. In: Proc. 9th International Conference on Rehabilitation Robotics ICORR 2005. 2005, S. 540–544.
  4. ↑ Volosyak, I., Kuzmicheva, O., Ristic, D., Gräser, A.: Improvement of visual perceptual capabilities by feedback structures for robotic system FRIEND. In: IEEE Trans. Syst. , Man., Cybern. C. 35. Jahrgang, Nr. 1, 2005, S. 66–74.
  5. ↑ Grigorescu, S. M., Ristic-Durrant, D., Gräser, A. (2009). "Robust machine Vision for Service robotic system FRIEND.". In Proceedings of the 2009 International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (St. Louis, USA).
  6. ↑ http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/technik/tid-16361/serviceroboter-helfer-fuers-leben_aid_457327.html | Focus
  7. ↑ http://www.taz.de/1/nord/artikel/1/kartoffelbrei-per-mausklick/ | TAZ
  8. ↑ Martens, C.: Teilautonome Aufgabenbearbeitung bei Rehabilitationsrobotern mit Manipulator - Konzeption und Realisierung eines softwaretechnischen und algorithmischen Rahmenwerkes. In: PhD dissertation, University of Bremen, Faculty I: Physics / Electrical Engineering. (In German). Bremen 2003.
  9. ↑ Martens, C., Prenzel, O., Feuser, J., Gräser, A.: MASSiVE: Multi-Layer Architecture for Semi-Autonomous Service Robots with Verified Task Execution. In: In Proceedings of 10th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipments - OPTIM 2006. 3. Jahrgang. Transylvania University Press, Brasov, Brasov, Romania 2006, S. 107–112.
  10. ↑ Prenzel, O., Martens, C., Cyriacks, M., Wang, C., Graser, A.: System-controlled user interaction within the service robotic control architecture massive. In: Robotica, Special Issue. 25(2). Jahrgang. Cambridge University Press, 2007, ISSN 0263-5747, S. 237–244.
  11. ↑ Prenzel, O.: Process Model for the Developement of Semi-Autonomous Service Robots. In: PhD dissertation, University of Bremen, Faculty I: Physics / Electrical Engineering. Shaker Verlag GmbH, Germany, 2009 (uni-bremen.de [PDF]).
  12. ↑ Lüth, T., Graimann, B., Valbuena, D., Cyriacks, M., Ojdanic, D., Prenzel, O., Gräser, A.: A Brain-Computer Interface for Controlling a Rehabilitation Robot. In: In BCI Meets Robotics: Challenging Issues in Brain-Computer Interaction and Shared Control. Leuven, Belgium 2003, S. 19–20.
  13. ↑ Lüth, T., Graimann, B., Valbuena, D., Cyriacks, M., Ojdanic, D., Prenzel, O., Gräser, A.: A Low Level Control in a Semi-autonomous Rehabilitation Robotic System via a Brain-Computer Interface. In: In Proceedings of 10th International Conference on Rehabilitation Robotics - ICORR. Nordwijk, The Netherlands 2003.
  14. ↑ Grigorescu, S. M.: Robust Machine Vision for Service Robotics. In: PhD dissertation. University of Bremen, Faculty I: Physics / Electrical Engineering, Germany 2010.
  15. ↑ Grigorescu, S. M., Ristic-Durrant, D., Gräser, A.: RObust machine VIsion for Service robotic system FRIEND. In: In Proceedings of the 2009 International Conference on Intelligent RObots and Systems (IROS). St. Louis, USA 2009.
  16. ↑ Grigorescu, S. M., Ristic-Durrant, D., Vupalla, S. K., Gräser, A.: Closed-Loop Control in Image Processing for Improvement of Object Recognition. In: In Proceedings of the 17th IFAC World Congress. Seoul, Korea 2008.
  17. ↑ Vuppala, S. K., Grigorescu, S. M., Ristic-Durrant, D., Gräser, A.: Robust Color Object Recognition for a Service Robotic Task in the System FRIEND II. In: In Proceedings of the 10th International Conference on Rehabilitation Robotics - ICORR Conference. Noordwijk, The Netherlands 2007.
  18. ↑ Grigorescu, S. M., Ristic-Durrant, D.: Robust Extraction of Object Features in the System FRIEND II. In: In Methods and Applications in Automation. Shaker Verlag, 2008.
  19. ↑ Alhwarin, F., Wang, C., Ristic-Durrant, D., Gräser, A.: Improved SIFT-Features Matching for Object Recognition. In: BCS International Academic Conference 2008. Visions of Computer Science. 2008, S. 179–190.
  20. ↑ Ojdanic, D.: Using Cartesian Space for Manipulator Motion Planning - Application in Service Robotics. In: PhD dissertation, University of Bremen, Faculty I: Physics / Electrical Engineering. Shaker Verlag GmbH, Bremen 2009 (uni-bremen.de [PDF]).
  21. ↑ Ojdanic, D., Gräser, A.: Improving the Trajectory Quality of a 7 DoF Manipulator. In: In Proceedings of the Robotic Conference. Munich, Germany 2009. 
[[Kategorie:Behinderung]] 
[[Kategorie:Roboter]]
[[Kategorie:Forschungsprojekt]]
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