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Diese Arbeit präsentiert eine Methode zur zuverlässigen Personendetektion für die Absicherung des Arbeitsbereichs von Industrierobotern. Hierzu wird ein im Nahinfrarotbereich (NIR) arbeitendes aktives Kamerasystem eingesetzt, das durch erweiterte und robuste Hauterkennungseigenschaften besonders dazu geeignet ist, zwischen verschiedensten Materialoberflächen und menschlicher Haut zu unterscheiden. So soll zum einen die Erkennungsleistung gegenüber handelsüblichen, im visuellen Bereich arbeitenden RGB-Kamerasystemen gesteigert werden und gleichzeitig eine „intelligente“ Form des Mutings realisiert werden. Die im Rahmen des Projekts „Sichere Personendetektion im Arbeitsbereich von Industrierobotern durch ein aktives NIR-Kamerasystem (SPAI)“ entwickelte und hier vorgestellte Methode erreicht in einer ersten Variante eine pixelweise Personenerkennungsrate von ca. 98,16%.
Mobile Datenkommunikation basiert üblicherweise auf der drahtlosen Anbindung eines Endgerätes an eine Basisstation, die ihrerseits an eine feste Infrastruktur angebunden ist. In vielen Szenarien sind diese Voraussetzungen jedoch nicht gegeben. Beispiele hierfür sind Katastrophen wie Hochwasser, Erdbeben oder Flugzeugabstürze in dünn besiedelten Regionen. Einen Lösungsansatz für sich daraus ergebende Anforderungen bieten dynamisch aufgebaute Ad-Hoc Netze mit einer satellitengestützten Anbindung an eine Festnetz-Infrastruktur. In solchen Netzen stellen die mobilen Terminals die benötigte lokale Infrastruktur selbst dynamisch her. Ziel der hier vorgestellten Arbeiten ist es, die Zuverlässigkeit und Dienstqualität der verwendeten Technologien zu untersuchen und durch geeignete Mechanismen so anzupassen, dass die Anforderungen typischer Applikationen möglichst erfüllt werden. Zur Demonstration wurde ein Prototyp aufgebaut, der unter anderem die Anwendungen "Voice over IP" (VoIP), "Datenbankzugriff im Intranet" und "Internetzugang" (WWW) untersucht.
Vorrichtung zur Authentifikation einer Person anhand mindestens eines biometrischen Parameters
(2008)
Die Vorrichtung zur Authentifikation einer Person anhand mindestens eines biometrischen Parameters, insbesondere anhand eines Fingerabdrucks, ist versehen mit einem Biometrie-Detektor (20) zur Detektion eines biometrischen Parameters, einem Haut-Detektor (24) zur berührungslosen Erkennung lebender menschlicher Haut innerhalb eines Erfassungsbereichs. Der Haut-Detektor (24) weist mindestens eine Gruppe aus mindestens einer Strahlungseinheit (26, 28) und mindestens einer Empfangseinheit (30) auf. Die mindestens eine Strahlungseinheit (26, 28) gibt in Richtung auf den Erfassungsbereich Strahlung bei mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 1500 nm ab, wobei mindestens eine der Wellenlängen (26, 28) im Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1500 nm liegt und die mindestens eine Empfangseinheit (30) aus dem Erfassungsbereich reflektierte Strahlung empfängt. Ferner ist die Vorrichtung versehen mit einer mit dem Biometer-Detektor (20) und dem Haut-Detektor (24) verbundenen Signalauswerteeinheit (22) zur Auswertung der Intensität der von der Empfangseinheit (30) empfangenen reflektierten Strahlungen der Strahlungseinheit (26, 28). In der Signalauswerteeinheit (22) ist anhand der Intensitäten der von der Empfangseinheit (30) empfangenen reflektierten Strahlungen der Strahlungseinheit (26, 28) bei den zwei unterschiedlichen Wellenlängen ermittelbar, ob der Haut-Detektor lebende menschliche Haut erkennt.
At previous SIAS conferences, we presented a novel opto-electronic safety sensor system for skin detection at circular saws jointly developed with the Institute for Occupational Safety and Health of the German Social Accident Insurance (IFA). This work now presents the development results of our consecutive research on a prototype of a sensor system for more general production machine applications including robot workplaces. The system uses offthe shelf LEDs and photodiodes in combination with dedicated optics and a microcontroller system to implement a so-called spectral light curtain.
Microcontroller-based sensor systems offer great opportunities for the implementation of safety features for potentially dangerous machinery. However, in general they are difficult to assess with regard to their reliability and failure rate. This paper describes the safety assessment of hardware and software of a new and innovative sensor system. The hardware is assessed by standardized methods according to norm EN ISO 13849-1, while the use of model checking is presented as an approach to solve the problem of validating the software.
In this paper, we introduce an optical sensor system, which is integrated into an industrial push-button. The sensor allows to classify the type of material that is in contact with the button when pressed into different material categories on the basis of the material's so called "spectral signature". An approach for a safety sensor system at circular table saws on the same base has been introduced previously on SIAS-2007. This contactless working sensor is able to distinguish reliably between skin, textiles, leather and various other kinds of materials. A typical application for this intelligent push-button is the use at possibly dangerous machines, whose operating instructions include either the prohibition or the obligation to wear gloves during the work at the machine. An exemple of machines at which no gloves are allowed are pillar drilling machines, because of the risk of getting caught in the drill chuck and being turned in by the machine. In many cases this causes very serious hand injuries. Depending on the application needs, the sensor system integrated into the push-button can be configured flexibly by software to prevent the operator from accidentally starting a machine with or without gloves, which can decrease the risk of severe accidents significantly. Especially two-hand controls are incentive to manipulation for easier handling. By equipping both push-buttons of a two-hand control with material classification properties, the user is forced to operate the controls with his bare fingers. That limitation disallows the manipulation of a two-hand control by a simple rodding device.
Entering the work envelope of an industrial robot can lead to severe injury from collisions with moving parts of the system. Conventional safety mechanisms therefore mostly restrict access to the robot using physical barriers such as walls and fences or non-contact protective devices including light curtains and laser scanners. As none of these mechanisms applies to human-robot-collaboration (HRC), a concept in which human and machine complement one another by working hand in hand, there is a rising need for safe and reliable detection of human body parts amidst background clutter. For this application camera-based systems are typically well suited. Still, safety concerns remain, owing to possible detection failures caused by environmental occlusion, extraneous light or other adverse imaging conditions. While ultrasonic proximity sensing can provide physical diversity to the system, it does not yet allow to reliably distinguish relevant objects from background objects.This work investigates a new approach to detecting relevant objects and human body parts based on acoustic holography. The approach is experimentally validated using a low-cost application-specific ultrasonic sensor system created from micro-electromechanical systems (MEMS). The presented results show that this system far outperforms conventional proximity sensors in terms of lateral imaging resolution and thus allows for more intelligent muting processes without compromising the safety of people working close to the robot. Based upon this work, a next step could be the development of a multimodal sensor systems to safeguard workers who collaborate with robots using the described ultrasonic sensor system.
Persons entering the working range of industrial robots are exposed to a high risk of collision with moving parts of the system, potentially causing severe injuries. Conventional systems, which restrict the access to this area, range from walls and fences to light barriers and other vision based protective devices (VBPD). None of these systems allow to distinguish between humans and workpieces in a safe and reliable manner. In this work, a new approach is investigated, which uses an active near-infrared (NIR) camera system with advanced capabilities of skin detection to distinguish humans from workpieces based on characteristic spectral signatures. This approach allows to implement more intelligent muting processes and at the same time increases the safety of persons working close to the robots. The conceptual integration of such a camera system into a VBPD and the enhancement of person detection methods through skin detection are described and evaluated in this paper. Based upon this work, next steps could be the development of multimodal sensor systems to safeguard working ranges of collaborating robots using the described camera system.
In the presented project, a new approach for the prevention of hand movements leading to hazards and for non-contact detection of fingers is intended to permit comprehensive and economical protection on circular saws. The basic principles may also be applied to other machines with manual loading and / or unloading. With an automatic blade guard an improved integration of the protection system can be achieved. In addition a new detection principle is explained. The distinction between skin and wood or other material is achieved by a dedicated spectral analysis in the near infrared region. Using LED and photodiodes it is possible to detect fingers and hands reliably. With a kind of light curtain the intrusion of hands or fingers into the dangerous zone near the blade guard can be prevented.
In the presented project, new approaches for the prevention of hand movements leading to hazards and for non-contact detection of fingers are intended to permit comprehensive and economical protection on circular saws. The basic principles may also be applied to other machines with manual loading and/or unloading. Two new detection principles are explained. The first is the distinction between skin and wood or other material by spectral analysis in the near infrared region. Using LED and photodiodes it is possible to detect fingers and hands reliable. With a kind of light curtain the intrusion into the dangerous zone near the blade can be prevented. The second principle is video image processing to detect persons, arms and fingers. In the first stage of development the detection of upper limb extremities within a defined hazard area by means of a computer based video image analysis is investigated.
Kollaborative Industrieroboter werden für produzierende Unternehmen immer kosteneffizienter. Während diese Systeme für den menschlichen Mitarbeiter eine große Hilfe sein können, stellen sie gleichzeitig ein ernstes Gesundheitsrisiko dar, wenn die zwingend notwendigen Sicherheitsmaßnahmen nur unzureichend umgesetzt werden. Herkömmliche Sicherheitseinrichtungen wie Zäune oder Lichtvorhänge bieten einen guten Schutz, aber solch statische Schutzvorrichtungen sind in neuen, hochdynamischen Arbeitsszenarien problematisch.
Im Forschungsprojekt BeyondSPAI wurde ein Funktionsmuster eines Multisensorsystems zur Absicherung solcher dynamischer Arbeitsszenarien entworfen, implementiert und im Feld getestet. Kern des Systems ist eine robuste optische Materialklassifikation, die mit Hilfe eines intelligenten InGaAs-Kamerasystems Haut von anderen typischen Werkstückoberflächen (z.B. Holz, Metalle od. Kunststoffe) unterscheiden kann. Diese einzigartige Eigenschaft wird genutzt, um menschliche Mitarbeiter zuverlässig zu erkennen, so dass ein konventioneller Roboter in Folge als personenbewusster Cobot arbeiten kann.
Das System ist modular und kann leicht mit weiteren Sensoren verschiedenster Art erweitert werden. Es kann an verschiedene Marken von Industrierobotern angepasst werden und lässt sich schnell an bestehenden Robotersystemen integrieren. Die vier vom System bereitgestellten Sicherheitsausgänge können dazu verwendet werden - abhängig von der durchdrungenen Überwachungszone - entweder eine Warnung auszugeben, die Bewegung des Roboters auf eine sichere Geschwindigkeit zu verlangsamen, oder den Roboter sicher anzuhalten. Sobald alle Zonen wieder als „eindeutig frei von Personen“ identifiziert sind, kann der Roboter wieder beschleunigen, seine ursprüngliche Bewegung wiederaufnehmen und die Arbeit fortsetzen.