Die Entwicklung von Reinigungsrobotern günstiger und einfacher gestalten – das ist das Ziel des Anfang dieses Jahres gestarteten Projekts »BakeR« unter der Koordination des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.
Das Interesse an Automatisierungslösungen für die Reinigungsbranche hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Mit Reinigungsrobotern will die Branche besser dem steigenden Kostendruck sowie dem Personalmangel und der hohen Personalfluktuation begegnen können. Außerdem sollen Reinigungsroboter eine praktisch fehlerlose und verbesserte Produktivität für die zunehmend geforderte ergebnisorientierte Reinigung ermöglichen. Für besonders geeignet erachtet man Reinigungsroboter beim Einsatz in sensiblen Bereichen, wo bisher sehr vertrauensvolles Reinigungspersonal arbeiten muss, um Sicherheitsrisiken zu minimieren. „Allerdings haben das ungünstige Verhältnis von Kosten und Leistung sowie die Komplexität der Aufgabenstellung bisher verhindert, dass intelligente Reinigungsroboter tatsächlich marktreif geworden sind“, heißt es in einer Presseaussendung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.
Autonome Reinigungsroboter in gewerblichen Anwendungsfeldern wirtschaftlich nutzen: Daran arbeiten denn auch die Firmen Dussmann Service Deutschland GmbH, Kenter Bodenreinigungsmaschinen Vertriebs- und Service GmbH, MetraLabs GmbH Neue Technologien und Systeme und AMTEC Robotics Consult in dem Anfang dieses Jahres gestarteten Projekt »BakeR« (= Baukastensystem für kosteneffiziente, modulare Reinigungsroboter), das vom Deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen der Hightech-Strategie 2020 gefördert wird. Ziel des Projekts, das bis Februar 2019 läuft, ist es, die Entwicklung von Reinigungsrobotern günstiger und einfacher zu gestalten. Hierfür entwickeln die Partner modulare und leicht wiederverwendbare Hardware- und Softwarekomponenten. Mit dem entstehenden produktnahen Prototyp eines modularen Reinigungsroboters sollen die Projektergebnisse in der Büroreinigung getestet werden.
Rentabilität und Flexibilität sollen deutlich verbessert werden
Mithilfe der im Projekt »BakeR« weiterentwickelten Serviceroboter-Technologien soll die Rentabilität und Flexibilität von Reinigungsrobotern deutlich verbessert und so ein Beitrag zur Marktreife geleistet werden. Dafür wollen die Projektpartner ein modulares Hardwarekonzept entwickeln, das es ermöglicht, eine mobile Basisplattform mit verschiedenen Reinigungsmodulen zu versehen. Die Module werden automatisch erkannt, und die angebotene Funktionalität des Roboters wird entsprechend angepasst. Dieses Konzept soll eine effiziente Wiederverwendung sowohl von Hardware- als auch Softwarekomponenten ermöglichen und somit die Entwicklungskosten reduzieren. Zudem erleichtert es die Zusammenarbeit zwischen Herstellern und Zulieferern und fördert so die Innovationskraft der Unternehmen.
Möglich wird diese »Plug-and-Play«-Funktionalität durch standardisierte Schnittstellen von Hardware und Software. Für letztere kommt das frei verfügbare Robot Operating System ROS zum Einsatz. Damit werden Vorarbeiten aus dem Projekt »AutoPnP – Plug & Play für Automatisierungssysteme«, in dem es ebenfalls um die roboterunterstützte Reinigung mithilfe des Serviceroboters Care-O-bot® 3 (siehe Bild S. 17) ging, hinsichtlich der benötigten Zuverlässigkeit für den Praxisbetrieb weiterentwickelt und um neue Fähigkeiten erweitert. Hierzu zählen Funktionalitäten wie die Bildverarbeitung und Umgebungserfassung sowie Navigation und mobile Manipulation im öffentlichen Raum. Zudem wird ein geeignetes Sicherheitskonzept – ein zentraler Aspekt für den erfolgreichen Praxiseinsatz – für die Anwendung entsprechend entwickelt und umgesetzt.
Praktischer Einsatz für Büroreinigung
Der entwickelte Reinigungsroboter wird im Kontext der automatisierten Büroreinigung getestet. Hier soll er über Nacht die Böden reinigen und Papierkörbe leeren, wohingegen das Personal lediglich die nicht sinnvoll automatisierbaren Arbeiten übernimmt. Verschmutzungen, die der Roboter nicht selbst entfernen kann, sollen in einer Grundrisskarte protokolliert und am nächsten Morgen vom Reinigungspersonal entfernt werden.
Das Fraunhofer IPA übernimmt in »BakeR« neben der Projektkoordination die Weiterentwicklung von Softwarekomponenten für die Objektklassifizierung und Schmutzerkennung, die semantische Kartierung des Umfeldes sowie die mobile Manipulation. Auf Basis der Vorarbeiten im ebenfalls BMWi-geförderten Projekt ReApp wird das modulare Softwarekonzept entwickelt und umgesetzt. Auch das Sicherheitskonzept entsprechend relevanter ISO-Normen setzen die Stuttgarter Experten um.
Große Potenziale
Dr.-Ing. Birgit Graf vom Fraunhofer IPA im Kurzinterview zum Projekt »BakeR«
Was sind die größten technischen Herausforderungen bei diesem Projekt bzw. bei der Entwicklung eines wirklich marktreifen Reinigungsroboters, wie man ihn sich mit diesem Projekt zum Ziel gesetzt hat?
Das Ziel ist der Betrieb in Alltagsumgebungen. Der Roboter muss eine Umgebung, die sich Tag für Tag verändert und in der ggf. noch Menschen unterwegs sind, zuverlässig dreidimensional sensorisch erfassen und verstehen können. Nur so ist es möglich, Hindernissen und Personen auszuweichen und somit einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Auch ist es für eine zielorientierte Reinigung erforderlich, Umgebungsstrukturen und Gegenstände zu erkennen, die eine besondere Relevanz haben, zum Beispiel verschmutzte Böden, Papierkörbe, Stühle oder Türklinken, die vom Roboter gegriffen werden sollen.
Welche Zukunft haben aus Ihrer Sicht generell Robotics in der Reinigung?
Wir sehen hier sehr große Potenziale, da zum einen die Steuerungstechnik, insbesondere die Roboternavigation, inzwischen in verschiedenen Anwendungsfeldern schon eine hohe Zuverlässigkeit nachweisen kann. Zum anderen fallen die Komponentenkosten der Roboter immer weiter, sodass ein weitaus besseres Kosten-Nutzen-Spektrum zu erwarten ist als mit bisherigen Lösungen. Mit einem zunehmenden Robotereinsatz ist auch aufgrund des zunehmenden Fachkräftemangels zu rechnen und dem damit verbundenen Ziel der Reinigungsdienstleister, die verbleibenden Fachkräfte mit hochwertigen Arbeitshilfen auszustatten.
Sind ganz vorne mit dabei
Diverse Anbieter arbeiten schon länger an professionellen Reinigungsrobotern für den Business Bereich. Marktforschungsinstitute sehen den Gesamtmarkt für Reinigungsroboter (Stichwort Industrie 4.0, Smart Data) im B2C- und B2B-Bereich bei einem Volumen von 2,5 Mrd. Euro. Die Vernetzung zwischen den Gebäuden, den Menschen und Geräten wird auch in unserem Sektor Veränderungen betreffend Leistungsoptimierung, Wirtschaftlichkeit, Innovationskraft und Produktivität bewirken.
Entsprechende Reinigungsgeräte wurden auch heuer bei der Interclean in Amsterdam vorgestellt und werden in Zukunft sicher eine wichtige Rolle im Reinigungssegment innehaben. Derzeit sind die Geräte aber großteils noch nicht wirklich praxistauglich und relativ teuer. Sie sind aktuell nur in sehr eingeschränkten Einsatzbereichen und nur in Ergänzung mit manueller Reinigung vorstellbar. Der Einsatz beschränkt sich derzeit auf großflächige Räume und auf Bodenreinigung.
Dussmann Service beobachtet die Entwicklungen am Markt sehr genau, weiß um die Bedeutung der Thematik in der näheren Zukunft und ist selbst durch eine Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA bei der Entwicklung von Robotern mit seinem Know-how ganz vorne mit dabei. Erweiterte Einsatzmöglichkeiten wie die Erkennung von Verschmutzungen und entsprechende Reinigung, Möglichkeiten der Türöffnung, Entleerung von Mülleimern etc. sind dabei im Fokus und werden zu einer Verbreitung der Einsatzgebiete beitragen. Weitere Einsatzgebiete für Spezialroboter sehe ich im Bereich Desinfektion, Logistik, bei Abzug- und Luftschächten oder für Fassaden- und Photovoltaikanlagen.
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