Mensch und Roboter in der Produktion: neue Entwicklungen

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Die Fabrik der Zukunft ist hochautomatisiert. Gleichwohl spielt der Mensch auch weiterhin die wichtigste Rolle in der Produktion. Seien es intelligente Assistenzroboter und ihr Einsatz, die effiziente Planung der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter unter Berücksichtigung der Sicherheit, die intuitive Programmierung von Robotern oder die Bestimmung und Überwachung des menschlichen Arbeitsraumes – in zahlreichen wissenschaftlichen Projekten haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IFF hierfür Lösungen entwickelt. Auf der Automatica in München stellen die Forschenden ihre neuen Entwicklungen vor:

© Fraunhofer IFF, Stefan Deutsch

Computer-Aided Safety – Mensch-Roboter-Kolloboration effizient planen

In der Produktion der Zukunft arbeiten Mensch und Roboter noch enger als bisher zusammen. Bei dieser Mensch-Roboter-Kolloboration (MRK) steht die Sicherheit an erster Stelle. Daher zielen MRK-Applikationen vorrangig auf Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung bzw. Leistungs- und Kraftbegrenzung (nach ISO/TS 15066) ab. Beide Betriebsarten haben aufgrund ihrer komplexen Anforderungen großen Einfluss auf die Taktzeiten und Platzbedarfe von Mensch und Roboter. Bislang kann oft erst durch Messungen am Roboter festgestellt werden, ob eine MRK ihre wirtschaftlichen Vorgaben erfüllt. Mit Computer-Aided Safety präsentiert das Fraunhofer IFF neuartige Planungstools, mit denen wirtschaftliche und sichere MRK-Applikationen effizient gelingen. Mit Softwaremodulen können sichere Abstände und Geschwindigkeiten effizient berechnet werden. Die Module lassen sich wahlweise in Simulationsumgebungen oder Robotersteuerungen integrieren, um wirtschaftliche Vorgaben präzise auf geltende Sicherheitsanforderungen abzustimmen. Das verhindert Planungsfehler und spart Kosten beim Engineering.

Cobot-Planer – Sichere MRK zuverlässig planen

Beim Einsatz von Robotern, die für eine enge Zusammenarbeit mit dem Menschen geschaffen sind, den sogenannten Cobots, muss bereits bei der Planung auf eine sichere und wirtschaftliche Auslegung geachtet werden. Auch hier steht die Sicherheit des Menschen mit an vorderster Stelle. Bislang zeigt sich erst durch eine Kollisionsmessung, bei welchen Geschwindigkeiten ein Cobot die biomechanischen Grenzwerte aus ISO/TS 15066 noch einhält. Also herrscht erst sehr spät Klarheit darüber, welche Taktzeiten ein Cobot erreicht und ob sich die Investition jemals auszahlt. Das Fraunhofer IFF hat dafür den Cobot-Planer entwickelt. Diese interaktive Web-Anwendung unterstützt bei der Planung, indem sie die maximal zulässigen Geschwindigkeiten in einer modellbasierten Simulation berechnet.

Die technologische Grundlage bilden verschiedene Modelle, die die Wirkung einer Roboterkollision auf den Menschen präzise simulieren. Die Ergebnisse aus der Simulation helfen bei einer frühzeitigen Wirtschaftlichkeitsrechnung, welche die Sicherheitsanforderungen an Cobots miteinbezieht.

Eingabegerät zur intuitiven Programmierung von Robotern

Eine einfache Programmierung ermöglicht den Einsatz von Robotern in vielen neuen Anwendungen. Mit dem innovativen Eingabegerät ist die Programmierung von komplexen Roboterbahnen wirtschaftlich und schnell umsetzbar. Das Eingabegerät kann in vielfältige Anwendungen wie das Schweißen, der Dichtmittelauftrag oder die Inspektion genutzt werden. Aktuell kommt die Methode an einer nichtstationären Roboterplattform zum automatischen Mehrlagenschweißen von Großbauteilen zum Einsatz.

Projektionsbasierte intelligente Assistenz für manuelle und roboterunterstützte Arbeitsprozesse

In der manuellen Montage werden die Tätigkeiten für die Mitarbeitenden stetig komplexer durch höhere Variantenvielfalt und kleinere Losgrößen. Eine wirksame Unterstützung bieten hier die sogenannten Werkerassistenzsysteme. Das Augmented-Reality-Assistenzsystem vom Fraunhofer IFF projiziert digitale Informationen direkt in die reale Umgebung, auf ein Bauteil oder den Arbeitsplatz. Die Einblendungen sind in den richtigen Kontext gestellt und auch bei den Lagepositionen der Bauteile stimmen virtuelles und reales Bild überein. Dies bietet Fachkräften eine besonders anschauliche Unterstützung im Arbeitsprozess. Ein kamerabasiertes KI-System analysiert live die aktuellen Positionen von Arbeitskräften, Bauteilen und Cobots im Arbeitsraum und ermöglicht die intuitive Interaktion mit dem Assistenzsystem über Gestenerkennung.

Präziser Robotereinsatz in der flexiblen Produktion und in veränderlichen Fertigungslinien

In der Massenfertigung sind Industrieroboter längst etabliert. Um auch maßgeschneiderte Produkte so effizient wie möglich zu fertigen, müssen die Robotersysteme in puncto Flexibilität auf die nächste Stufe gehoben werden. Gefragt sind Roboter, die sich automatisch an eine Vielzahl von Produktvarianten anpassen können, auf veränderliche Umgebungsbedingungen reagieren und dabei dennoch hohe Genauigkeiten erreichen. Das Fraunhofer IFF verbindet Sensorik und intelligente Software, um die jeweils aktuelle Lage von Bauteilen und Bauteiltoleranzen berührungslos und hochgenau zu erkennen – ohne aufwendiges, exaktes Positionieren des Bauteils oder manuelles Einmessen.

Auf der Automatica vom 21. bis 24. Juni 2022 zeigt das Fraunhofer IFF diese und weitere Technologien und ihre Anwendungsmöglichkeiten auf dem Stand A4.224.