Fraunhofer-onderzoekers ontwikkelen nieuwe robot voor het desinfecteren van oppervlakken met dweil

Met zijn reinigingsborstels verwijdert DeKonBot 2 grof vuil van de deurklink en brengt tegelijkertijd desinfectiemiddel in een laag aan. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

DeKonBot 2 kan worden uitgerust met verschillende desinfectie-instrumenten, hier een UVC-desinfectie-instrument ontwikkeld bij Fraunhofer IOSB... © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

... en hier met een plasma-desinfectieapparaat ontwikkeld door Fraunhofer IST. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez / ... en hier met een plasma-desinfectieapparaat ontwikkeld door Fraunhofer IST. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Met zijn flexibele reinigingsgereedschap kan DeKonBot 2 verschillende oppervlakken desinfecteren, naast deurklinken en -knoppen ook liftknoppen of lichtschakelaars. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez / Door gebruik te maken van zijn flexibele reinigingsgereedschap kan DeKonBot 2 verschillende objecten desinfecteren door ze af te vegen, naast deurklinken en -knoppen ook liftknoppen of lichtschakelaars. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Tijdens de praktische tests konden schoonmaakmedewerkers de robot via een tablet programmeren. © Fraunhofer IMW/Foto: Agnes Vosen

Voor de reguliere werking wordt de tablet op de robot bevestigd en deze rijdt zelfstandig van het ene te reinigen object naar het volgende. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

In het project »MobDi – Mobiele Desinfectie« ontwikkelden twaalf instellingen van de Fraunhofer-Gesellschaft nieuwe sleuteltechnologieën voor robotgebaseerde mobiele reiniging en desinfectie. Het actuele resultaat is de desinfectierobot »DeKonBot 2« van het Fraunhofer IPA. In november 2021 presenteerden de betrokken projectpartners de mogelijkheden van de robot en de resultaten van de praktijktesten.

Reinigings- en desinfectietaken in gebouwen staan sinds de COVID-19-pandemie centraal, omdat ze kunnen helpen de verspreiding van het virus te voorkomen. De gespannen personeelsituatie en de uitgebreide kwaliteitscontrole zetten de schoonmaakbranche al langer onder druk. Robotassistentiesystemen kunnen hierbij ondersteuning bieden. Beschikbare automatiseringsoplossingen zoals UV-gebaseerde desinfectierobots of robots voor spuitdesinfectie kunnen ruimtes echter uit veiligheidsredenen alleen desinfecteren wanneer deze leeg zijn. Dit ontlast het personeel slechts minimaal. De vaak benodigde wisdesinfectie van oppervlakken – bijvoorbeeld in ziekenkamers of aan technische apparatuur en infrastructuur zoals lichtschakelaars of liftknoppen – blijft de taak van het schoonmaakpersoneel.

Om hier te zorgen voor meer gerichte automatiseringsoplossingen en het schoonmaakpersoneel te ondersteunen, ontwikkelden twaalf instellingen van de Fraunhofer-Gesellschaft in het project »MobDi – Mobiele Desinfectie« van oktober 2020 tot november 2021 nieuwe sleuteltechnologieën voor robotgebaseerde reiniging en desinfectie en breidden bestaande technologieën uit. Het project ontving subsidie uit het actiepogram »Fraunhofer vs. Corona«.

Productnabije prototype

Het Fraunhofer-instituut voor productie techniek en automatisering IPA ontwikkelde en bouwde in het project de desinfectierobot »DeKonBot 2«. Het Fraunhofer-centrum voor International Management en Kennis-economie IMW ontwikkelde de grafische gebruikersinterface voor intuïtieve bediening. De beoogde toepassingsgebieden van de robot zijn openbare gebouwen en instellingen in de gezondheidszorg. Het Fraunhofer IPA is van plan om de robot volgend jaar samen met het bedrijf MetraLabs naar productrijpheid te brengen, zodat deze vanaf begin 2023 kan worden geleverd. Pre-orders zijn nu al mogelijk.

DeKonBot 2 is de verdere ontwikkeling van de gelijknamige desinfectierobot die het Fraunhofer IPA in 2020 in eerste generatie presenteerde. Gebaseerd op de opgedane ervaringen hebben de robotica-experts de hardwarecomponenten herzien. »Het doel van de verdere ontwikkeling was het ontwerpen van een compacte, kosteneffectieve en functionele robot«, legt Simon Baumgarten uit, wetenschapper aan het Fraunhofer IPA en verantwoordelijk voor de opbouw van de robot. »Uitdaging was ook om het reinigingsgereedschap flexibel, ruimtebesparend en tegelijk zo te ontwerpen dat het verschillende objecten effectief kan desinfecteren.«

Als mobiele basis wordt nu de Scitos X3 van het bedrijf MetraLabs gebruikt, een platform dat met een eenvoudige differentiële aandrijving goedkoper is dan het eerder gebruikte omnidirectionele platform en meer ruimte biedt voor alle benodigde opbouwen. De oorspronkelijke SCARA-robot is vervangen door een collaboratieve zesassige knikarm-robot van het bedrijf Universal Robots, die beter om de te desinfecteren objecten kan bewegen en alle relevante contactvlakken kan bereiken. In plaats van de vorige microvezel-spons gebruikt DeKonBot 2 een borstsysteem. Het onderdompelen van de borstels in de tank met desinfectiemiddel desinfecteert de borstels en voorkomt dat kiemen worden overgedragen via het reinigingsgereedschap.

Softwarematig is de herkenning van de te desinfecteren objecten een sleuteltechnologie van DeKonBot 2. De algoritmen moeten betrouwbaar functioneren onder verschillende omgevingsomstandigheden, bijvoorbeeld bij variërende lichtomstandigheden. Hierbij moeten deurklinken, deurknoppen, lichtschakelaars en liftknoppen in verschillende vormen en uitvoeringen worden herkend en in de ruimte worden gelokaliseerd. Dit wordt mogelijk gemaakt door machine learning-methoden. Zij herkennen de objecten op basis van tweedimensionale RGB-beelden en classificeren ze in verschillende objecttypen, waarop de robot zijn reinigingsbeweging aanpast. Om de exacte positie en contour van het te reinigen object te bepalen, wordt een nieuw ontwikkeld sensorsysteem ingezet. Dit is gebaseerd op een lijnlaserscanner die ook spiegelende oppervlakken betrouwbaar en nauwkeurig vastlegt.

Inleren en toepassen

Om autonoom te kunnen werken, moet de schoonmaakkracht DeKonBot 2 één keer in een nieuwe werkomgeving inleren. Hiervoor rijdt deze hem op afstand door de gehele te reinigen omgeving en maakt de robot automatisch een kaart hiervan. Tijdens de inleerfase markeert ze de positie van alle te reinigen objecten door de robot voor deze objecten te plaatsen. Na het inleerproces kan de autonome reiniging beginnen.

De robot rijdt zelfstandig een door de gebruiker vastgestelde zone af. Alternatief kunnen zogenaamde routines worden gedefinieerd, waarin de robot op bepaalde tijden specifieke gebieden reinigt. DeKonBot 2 beweegt naar de vooraf ingeleerde positie voor een te reinigen object en beweegt zijn arm met sensoren en reinigingsgereedschap naar voren. Daarbij strijkt hij de borstels af aan een rooster om druppelen te voorkomen. Hij meet het te reinigen object met zijn sensoren en plant vervolgens op basis van de sensordata de benodigde beweging van de robotarm, zodat de borstels de handgreep, knop of schakelaar volledig desinfecteren. Daarna start de robot met de desinfectie. Is deze voltooid, positioneert hij het reinigingsgereedschap weer veilig in de desinfectiemiddeltank en rijdt hij naar het volgende object.

Wekelijkse praktijktest en gebruikersenquête

Een belangrijk doel van de verdere ontwikkeling van DeKonBot was het verbeteren van de productnauwkeurigheid en praktijkgeschiktheid. Om dit te testen, voerden de wetenschappers van het Fraunhofer IPA en Fraunhofer IMW gedurende een week testen uit op een verdieping in een kantoorgebouw van EnBW. Te reinigen waren lichtschakelaars, deurklinken en deurknoppen. Drie leidinggevenden van EnBW en drie leidinggevenden en vier schoonmaakmedewerkers van de gebouwendienstverlener Gegenbauer bedienden de robot, leerden nieuwe objecten in en startten en observeerden de reguliere werking. Daarbij werden relevante prestatiegegevens gemeten, zoals de duur van afzonderlijke taken, en fouten en hun frequentie geregistreerd.

»Met de technische betrouwbaarheid en de behaalde prestatiegegevens zijn wij zeer tevreden«, concludeert Baumgarten. De autonome navigatie van de robot in de inzetomgeving werkte foutloos. Het herkennen en desinfecteren van deurklinken en lichtschakelaars verliep eveneens succesvol. Alleen bij de deurknoppen waren er af en toe problemen. De gebruikerstests toonden aan dat de acceptatie van de robot hoog is: de robot kwam goed aan bij de proefpersonen, zij konden hem na de introductie succesvol bedienen en iedereen kon zich voorstellen om langdurig samen te werken met de robot.

Onderzoek naar kosteneffectiviteit

Het team van het Fraunhofer IMW onderzocht bovendien de kosteneffectiviteit van de robot op basis van een levenscycluskostenberekening. Hierbij worden alle kosten in kaart gebracht die voortvloeien uit de gemeten en toekomstige prestatiedata en de kosten van de robot van aanschaf tot verwijdering. Als vergelijkingswaarde werden de kosten van een schoonmaakmedewerker gebruikt, die uitsluitend de genoemde objecten desinfecteert. Tot nu toe kan de robot onder omstandigheden zoals in de test 30 objecten per uur reinigen. »Onze berekeningen toonden aan dat bij een capaciteit van 45 objecten per uur een economische inzet mogelijk is«, legt Dr. Marija Radic uit, afdelingshoofd bij het Fraunhofer IMW. In het economische scenario werkt de robot 24 uur per dag (inclusief oplaadcycli), en zou de afschrijvingsduur acht jaar bedragen.

Met de huidige verdere ontwikkelingen en optimalisaties moet dit streefcijfer worden bereikt. »We zullen het scanproces en de volledige bewegingspatronen verder versnellen«, legt Baumgarten uit. »We zullen ook enkele componenten, zoals het gereedschap en de tank, verbeteren op het gebied van veiligheid en hygiëne. Op termijn zullen we de robot leren deuren te openen en de lift te gebruiken.«

Kerngegevens:
Volledige projectnaam: MobDi – Mobiele Desinfectie
Looptijd: 01.10.2020 tot 30.11.2021
Website: www.mobdi-projekt.de
Subsidie: Het project maakt deel uit van het actiepogram »Fraunhofer vs. Corona«, dat nog talrijke andere initiatieven ter bestrijding van de pandemie ondersteunt.