Robotgräsklippare är utmärkta för att klippa gräset, men de utgör en risk för skada för barn som leker i närheten. Mycket avancerade sensorer utvecklade av Fraunhofer-forskare säkerställer att gräsklipparen stängs av när barn är i närheten. Systemet, som är baserad på LiDAR-teknologi, använder en enda ljuspuls för att fånga hela omgivningen, täcker en räckvidd på upp till 200 meter.

Nivåerna av digitalisering och automatisering ökar inte bara i industriella miljöer utan också i vår vardag. Fler och fler människor idag använder robotenheter för att dammsuga golven eller klippa gräsmattan, till exempel. På samma sätt kör autonoma fordon trafik på vägarna, robotenheter måste alltid övervaka sin omgivning exakt för att undvika att orsaka materiell skada eller personskada. Ett nyligen genomfört test utfört av den tyska konsumentsäkerhetsgruppen Stiftung Warentest, dock, indikerar att inte alla robotgräsklippare utför denna uppgift på ett tillfredsställande sätt. Testet visar, till exempel, att när krypande barn är i närheten, några av de studerade gräsklipparna stannade inte i tid och lämnade allvarliga skärskador på testdockorna. Ingen av enheterna stannade när en kopia av ett barns hand placerades framför dem. Några av de testade robotgräsklipparna förlitar sig uteslutande på stötsensorer, som endast upptäcker och initierar ett svar på hinder vid nedslag. Med tanke på att dessa sensorer är placerade på ett visst avstånd från marken, enhetens roterande blad kan komma i kontakt med barns extremiteter innan den identifierar dem som händer, armar eller ben.

Tredimensionell övervakning av omgivningen

Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems IMS i Duisburg utvecklar mycket avancerade optiska sensorer som mäter det omgivande området i 3D. De innehåller LiDAR-teknik (Light Detection and Ranging), som mäter avståndet till objektet baserat på den tid det tar för en ljuspuls som avges att återvända. Det pulserade laserljuset reflekteras av ytan på föremål som det kommer i kontakt med. Med hjälp av tidskameror, LiDAR-enheten fångar sedan de reflekterade signalerna. Objektens avstånd och position samt hastigheten med vilken de rör sig beräknas utifrån den tid det tar för ljuset att nå objektet och återvända.

Sensorerna använder den senaste bildbehandlingstekniken för att generera tredimensionella representationer av omgivningen i realtid, vilket gör det möjligt att skilja på människor och andra föremål. Detta hindrar robotarna från att komma nära barn som leker i närheten i första hand, och om ett barn råkar närma sig det, enheten stängs av omedelbart. Förutom att utveckla fotodioder, som omvandlar det infallande ljuset till en elektrisk ström, forskarna undersöker metoder för att minska de skadliga effekterna av solljus. Sensorerna kommer därför även att kunna detektera föremål på ett tillförlitligt sätt och förhindra förestående kollisioner i starkt solsken.

Består av flera speciella fotodioder – kända som singelfoton lavindioder (SPAD) – utvecklade vid Fraunhofer IMS, dessa nya generationens sensorer fångar en bild av hela det omgivande området med en enda ljuspuls. SPADs är hundra gånger känsligare än fotodioderna som finns i smartphones, till exempel. Nu, forskargruppen siktar på att använda SPAD för att täcka avstånd på upp till 200 meter, med de första systemen som ska börja produceras i slutet av 2019.

Sensor- och analyselektronik kombineras på ett chip för att spara utrymme

Tack vare CMOS-teknik, fotodioderna är integrerade med erforderlig analyselektronik på ett enda chip. Detta ger sensorerna en kompakt design och gör att de kan tillverkas ekonomiskt. Som ett resultat, de kan användas i produkter som är lämpliga för massmarknaden, som robotgräsklippare, utan att öka kostnaderna. I samarbete med ledande sensor- och kameratillverkare, Fraunhofer IMS erbjuder även 3D-övervaknings- och bildlösningar skräddarsydda efter kundens specifikationer.