3D-Messtechnik

Maschinen mittels Gesten in Echtzeit steuern

| Redakteur: Katharina Juschkat

3D-Sensorik: Zwei Hochgeschwindigkeitskameras sowie ein Goboprojektor ermitteln die 3D-Daten der sich bewegenden Person.
3D-Sensorik: Zwei Hochgeschwindigkeitskameras sowie ein Goboprojektor ermitteln die 3D-Daten der sich bewegenden Person. (Bild: © Fraunhofer IOF)

Gestensteuerung erleichtert die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine. Wie das in Echtzeit möglich ist, zeigt das Fraunhofer IOF auf der Hannover Messe anhand einer interaktiven Wand, die auf jede Bewegung reagiert.

Die Maschine per Fingerzeig steuern – möglich macht das die Gestensteuerung und ermöglicht so eine nahtlose Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine. Fraunhofer Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF haben die Mensch-Maschine-Interaktion jetzt weiter revolutioniert: Die im Forschungsvorhaben „3D-Living-Lab“ entwickelte Highspeed-3D-Messtechnik und -Sensorik ermöglicht sogar die Erfassung und Steuerung von komplexen Bewegungen – und das in Echtzeit.

Wand aus Kugeln immitiert Körperbewegungen

Die Kugeln reagieren ohne Zeitverzögerung auf die Bewegungen der davorstehenden Person.
Die Kugeln reagieren ohne Zeitverzögerung auf die Bewegungen der davorstehenden Person. (Bild: © Fraunhofer IOF)

Auf der Hannover Messe 2019 demonstriert das Forscherteam die gestenbasierte Mensch-Maschine-Interaktion am Beispiel einer Wand aus 150 Kugeln, die jede Kopf-, Arm- und Handbewegung eines davorstehenden Menschen in 3D kopiert. Die Kugelwand formt quasi ein Abbild der Körperbewegungen. Sie reagiert in Echtzeit dreidimensional, berührungslos, verzögerungsfrei und für den Menschen irritationsfrei.

Das System setzt sich aus mehreren Modulen zusammen: 3D-Sensorik, 3D-Datenverarbeitung und Bildfusion sowie dem Aktorsystem – der eigentlichen Kugelwand, die aus 150 Einzelaktoren besteht. Dr. Peter Kühmstedt, Wissenschaftler und Gruppenleiter am Fraunhofer IOF, erklärt: „Hinter dem vermeintlichen Spielzeug steckt Cutting-Edge-Technologie. Die 3D-Echtzeit-Erfassung und Steuerung multipler Gesten ohne Tracking-Sensoren kann Arbeitsabläufe radikal vereinfachen – von Produktionsszenarien bis zur Gesundheit und Sicherheit.“

Steuerung durch Körperhaltung

Das Demonstrator-System reagiert auf das Verhalten des Menschen, erfasst komplexe Bewegungen wie Gestik und körperliche Aktionen und gibt in Realtime ein Feedback durch technische Aktorsysteme, die die elektrischen Signale in eine Bewegung der Kugelwand umsetzen. Die Steuerung der Aktorik erfolgt durch die Körperhaltung. Eigens entwickelte Algorithmen ermöglichen es, aus der menschlichen 3D-Bewegung eine Steuerung der Aktorik anzustoßen und damit die Bewegung der Kugeln auszulösen.

Kühmstedt erklärt weiter: „Wir zeigen damit sehr schnelle Messtechnik – die Daten werden durch eine neue Generation von 3D-Sensoren aufgenommen –, sehr schnelle latenzarme Verarbeitung – die Daten werden sofort interpretiert und umgerechnet – und die schnelle Reaktion in Echtzeit – die Kugelwand spiegelt anhand der Berechnungsergebnisse sofort die Bewegung der davorstehenden Person.“ In Produktionsumgebungen lässt sich die Technologie beispielsweise einsetzen, um einen Werker zu überwachen, der mit einem Roboter interagiert und ihm Bauteile reicht. Sie kann auch auf andere Anwendungsfelder wie die der Gesundheit und Sicherheit übertragen werden. Denkbar ist der Einsatz der 3D-Sensorik und der Interaktionskomponenten in Montageassistenz-, und Qualitätskontrollsystemen oder für die Überwachung biometrischer Zugänge.

Hannover Messe 2019: Fraunhofer-Gemeinschaftsstand Halle 2, Stand C22

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