Effiziente Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter in der Montage

Roboter sollen die Produktivität steigern, die Arbeitssicherheit erhöhen und Menschen entlasten: Am 2. September 2013 startete das anwendungsorientierte EU-Projekt LIAA. In einem europäischen Konsortium unter Leitung des Fraunhofer IPA entwickeln Wissenschaftler kostengünstige Robotersysteme und Anwendungen für die Montage.

Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Robotern soll dazu beitragen, die kognitiven Fähigkeiten des Menschen mit der Kraft und Wiederholgenauigkeit von Robotern zu kombinieren.

Im LIAA-Projekt arbeiten führende europäische Forschungsinstitute, Komponentenhersteller, Technologieanbieter und Endanwender zusammen. Ziel des Projekts ist es, ein einheitliches Software-Framework für Montagesysteme zu entwickeln, das die Stärken von Mensch und Roboter vereint. Je nach Prozess und Kapazitätsauslastung des Werkers können die Montagearbeitsplätze gleichzeitig sowohl vom Roboter als auch vom Menschen genutzt werden. Während der Roboter z. B. repetitive und schwere Arbeiten übernimmt, kann sich der Werker auf kognitiv anspruchsvolle und feinmotorische Aufgaben konzentrieren. Folgende Aspekte bilden den Schwerpunkt des Projekts:

Intelligente Symbiose zwischen Mensch und Roboter

Intelligente Algorithmen segmentieren den Montageprozess in einzelne Schritte und weisen diese je nach Eignung und Auslastung dem Werker oder dem Roboter zu. Dabei wird die Aufgabenbeschreibung des Arbeitsschritts ressourcengerecht aufbereitet. So werden dem Roboter maschinenlesbare Kommandos bzw. Zustandsdiagramme zugesendet. Dem Werker werden an Ort und Stelle multi-media gestützte Montageanleitungen generiert und per Head-Mounted-Display (HMD) bzw. Tablets angezeigt. Voraussetzung für eine effiziente Zusammenarbeit ist es, dass die beteiligten Arbeitspartner wissen, welchen Arbeitsschritt der andere durchführt.

Während der Ausführung des Montageprozesses wird dem Werker mit Augmented-Reality-Technologie kommuniziert, was der Roboter gerade tut bzw. als Nächstes tun wird. Dazu werden z. B. die Bahndaten visualisiert oder die gesperrten Arbeitsbereiche angezeigt. Kameragestützte Informationssysteme und intelligente Wahrnehmungs- und Prognosealgorithmen sorgen dafür, dass der Roboter ableiten kann, welchen Arbeitsschritt der Werker gerade ausführt. Dadurch kann er sein eignes Verhalten entsprechend anpassen und z. B. zusätzliche Arbeitsschritte bei Verzögerungen übernehmen.

Lean und Low-Cost

Für den industriellen Bereich werden in LIAA fünf Anwendungsfälle in Zusammenarbeit mit europäischen Endanwendern konzipiert. Dabei spielt der Einsatz von Low-Cost-Komponenten für die Wirtschaftlichkeit in der Montage eine entscheidende Rolle. »LIAA hat zum Ziel, auf Basis von am Markt erhältlichen Leichtbaurobotern, kostengünstiger Sensorik und Open-Source-Robotersteuerungssoftware ein Framework zum wirtschaftlichen Einsatz von Roboterassistenten in der Montage zu entwickeln«, sagt Martin Naumann, LIAA-Projektkoordinator und Gruppenleiter in der Abteilung Roboter und Assistenzsysteme am Fraunhofer IPA.

Der entscheidende Vorteil: Systemintegratoren können kostengünstige Robotersysteme mit Leichtbaurobotern auf Basis des Frameworks implementieren. Durch die Bereitstellung diverser standardisierter Schnittstellen und einer Bibliothek verknüpfbarer, parametrierbarer Programmbausteine des Roboters oder der verwendeten Sensoren, genügt es, das Framework für die jeweilige Montageanwendung zu konfigurieren.

Sicherheit des Werkers

Einer der Forschungsschwerpunkte von LIAA ist es, die Sicherheit des Menschen anhand einer (teil-)automatisierten Risikobewertung des Montagesystems während der Konzeption und adäquater Sicherheitsmaßnahmen während der Ausführung zu gewährleisten. Hierbei verfolgt LIAA ein abgestuftes Sicherheitskonzept, das je nach Risikobewertung, präventive, weiche oder harte Sicherheitsmaßnahmen auswählt und kombiniert. Das LIAA-Framework unterstützt die Einbindung der hierfür notwendigen Sicherheitstechnik. Die aktive Mitwirkung in entsprechenden Standardisierungs- und Zertifizierungsgremien soll dazu beitragen, die im Rahmen des Projekts gewonnen Erfahrungen und Erkenntnisse in die Erarbeitung eines neuen Sicherheitsstandards für kollaborative Roboter einfließen zu lassen.

Anwendungsorientierung

Das Forschungsprojekt LIAA wird durch das Fraunhofer IPA koordiniert, eine der führenden Institutionen für angewandte Forschung im Bereich Robotik. Weitere Partner des Projektes sind Universal Robot A/S (Hersteller von Leichtbaurobotern), Visual Components OY (Anbieter von Simulationstechnologie), InSystems Automation GmbH und LP-Montagetechnik GmbH (Anbieter von Montagelösungen), Penny AB und EON Development AB (Anbieter von AR-Hardware und Software). In Kombination mit den international renommierten Forschungseinrichtungen Fundacion Tecnalia Research & Innovation, DTI Danish Technological Institute und dem Laboratory for Manufacturing Systems and Automation LMS an der Universität Patras verfügt LIAA über das technische Knowhow und die technologische Breite, um das angestrebte Projektziel zu realisieren.

Die Einbindung von fünf Endanwendern (Adam Opel AG, Dresden Elektronik Ingenieurtechnik GmbH, SPINEA s.r.o., Fischer IMF GmbH & Co. KG und TELNET Redes Inteligentes SA) aus verschiedenen Industriezweigen und mit unterschiedlichen Montageanwendungen ermöglicht es, das entwickelte Framework bereits zur Projektlaufzeit in fünf Technologie-Demonstratoren praktisch zu erproben.

Fachlicher Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Martin Naumann | Telefon +49 711 970-1291 | martin.naumann@ipa.fraunhofer.de | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA