Projekt der TU Wien

Lernender Roboter übernimmt Reinigung des Badezimmers

Forscher der Technischen Universität Wien (TU Wien) haben einen neuen Putzroboter für das Bad entwickelt, der beispielsweise ein Waschbecken nach vorheriger Anleitung reinigt. Die Bewegungen, die der Roboterarm ausführen muss, sind höchst komplex. Zudem muss die Kraft festgelegt werden, mit der er den Schwamm über die Unterlage führt. Das alles wäre viel zu aufwendig zu programmieren gewesen, meint Forscher Andreas Kugi.

Lernen nach Vorbildern

"Die geometrische Form eines Waschbeckens mit Kameras zu erfassen, ist zwar relativ einfach. Aber das ist nicht der entscheidende Schritt. Viel schwieriger ist es, dem Roboter beizubringen: Welche Stelle der Oberfläche soll er mit welcher Art von Bewegung bearbeiten? Wie schnell? In welchem Winkel? Mit welchem Kraftaufwand?", so der Wissenschaftler.

Menschen lernten so etwas durch Erfahrung und Nachahmung. "In einer Werkstatt blickt dann vielleicht jemand dem Lehrling über die Schulter und sagt: Dort bei der engen Kante musst du ein bisschen fester andrücken", ergänzt Christian Hartl-Nesic, der in Kugis Team die Industrial Robotics-Gruppe leitet. "Wir wollten einen Weg finden, den Roboter auf ganz ähnliche Art lernen zu lassen", so der Forscher.

Mit einem normalen Schwamm ging das allerdings nicht. Der Hightech-Schwamm des Teams ist hingegen mit Kraftsensoren und Tracking-Markern ausgestattet. Damit putzte ein Teammitglied mehrfach eine Außenkante des Test-Waschbeckens. "So generieren wir mit einigen wenigen Demonstrationen eine Riesenmenge an Daten, die dann verarbeitet werden, damit der Roboter lernt, was richtiges Putzen eigentlich bedeutet", sagt Hartl-Nesic.

Hilfe für Handwerksbetriebe

Dieser Lernprozess gelingt durch eine innovative Datenverarbeitungsstrategie. Dabei werden mehrere bereits erprobte Techniken aus dem Bereich maschinelles Lernen kombiniert. Die Messdaten werden statistisch aufbereitet, und mit den Ergebnissen wird ein neuronales Netzwerk trainiert. Daraus resultieren Anweisungen für die Bewegungen des Roboterarms zur optimalen Reinigung des Waschbeckens, und zwar nicht nur der Außenkanten, wie in der Demonstration.

Mit dem antrainierten Wissen kann der Roboter auch andere Objekte reinigen, etwa die Kloschüssel. "Der Roboter hat gelernt, dass man den Schwamm je nach Oberflächenform anders halten muss und dass er an einer eng gekrümmten Stelle eine andere Kraft aufwenden muss als auf einem ebenen Flächenstück", meint Doktorand Christoph Unger aus der Industrial Robotics-Gruppe.

Die neue Technologie sei für viele Prozesse interessant, ob für das Schleifen von Holzwerkstücken in Tischlereien, das Reparieren und Polieren von Lackschäden an Fahrzeugkarosserien oder das Schweißen von Blechteilen. Letztlich könnten diese Roboter auf mobile Plattformen gesetzt werden, sodass sie in Handwerksbetrieben flexibel eingesetzt werden können. In einer kurzen Trainingsphase werde die gewünschte Aufgabe vorgezeigt und im Anschluss kann es der Roboter selbstständig.

www.tuwien.at