Projekt iCobot – 3D-Bildverarbeitungsystem zur dynamischen Steuerung eines kollaborierenden Roboters bei in-vivo-Messungen

Abstract:
Bei der Herstellung von Hautpflegeprodukten müssen kontinuierlich Qualitätsmerkmale erfasst und die Anwendungsverträglichkeit am Menschen sichergestellt werden. Im Rahmen von dermatologischen Laboruntersuchungen werden Wirksamkeits- und Verträglichkeitsstudien mit verschiedenen Messverfahren an ausgewählten Hautpartien durchgeführt, wobei vor allem Hautpartien am Unterarm für die empirischen Messreihen fokussiert werden. Die hieraus extrahierten Daten dienen im Wesentlichen der Steigerung der Produktqualität sowie der Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Dokumentationspflicht. Eine große Herausforderung besteht hierbei in der Wiederholgenauigkeit der Messreihen, da diese bislang händisch durch das Laborpersonal durchgeführt werden. Weiterhin hat der Anpressdruck der Messsensoren einen erheblichen Einfluss auf die Messergebnisse. Durch die hohe Quantität an durchzuführenden Studien erfordert die Datenerhebung einen hohen personellen Einsatz mit repetitiven Aufgaben. Ein Lösungsansatz bietet hier die Anwendung von kollaborierender Robotik, als Teil einer Labor 4.0 Umgebung. Diese Roboter verfügen über keine trennenden Schutzeinrichtungen zwischen Mensch und Maschine. Es entsteht ein neuer gemeinsamer Arbeitsraum der die Grundlage für die Mensch-Roboter-Kollaboration bildet. Im leistungs- und kraftbegrenzten Betrieb und unter Einhaltung der biomechanischen Grenzwerte ist ein beabsichtigter Kontakt zwischen Mensch und Roboter möglich. Dies ermöglicht die Durchführung von in-vivo-Messungen am Menschen. Aufgrund unterschiedlicher Gegebenheiten wie z.B. Position und Abmaße der zu messenden Hautpartie oder die Anwendung des jeweiligen Messverfahrens, ist eine statische Programmierung der Robotersteuerung nicht möglich. Allerdings erlauben moderne Bildverarbeitungsmethoden eine dynamische Erfassung von Raumkoordinaten zur Bestimmung von Anfahrtspositionen und Berechnung des Verfahrweges. Daher schlägt dieser Beitrag ein Bilderverarbeitungsmodell zur Bestimmung von 3D Raumkoordinaten und deren Nutzung innerhalb des Robotersteuerungsablaufs vor. Nach dieser Einleitung, wird im Kapitel 2 der Stand der Technik beschrieben. In Kapitel 3 wird das Bildverarbeitungsmodell vorgestellt und im Kapitel 4 anhand einer Fallstudie validiert.