Sichere Mensch-Roboter-Kollaboration mit Assistenzrobotern

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Assistenzroboter, d. h. Roboter, die sich den Arbeitsraum mit dem Menschen teilen, ermöglichen eine Teilautomatisierung von Montageumfängen, auch wenn eine Vollautomatisierung wirtschaftlich nicht sinnvoll ist. Gründe dafür sind z. B. unstrukturierte, bisher manuelle Arbeitsumgebungen, hohe Flexibilitätsanforderungen, undefinierte, z. B. biegeschlaffe Teile oder schlicht zu wenig Platz.


Dienstleistungen

Wir unterstützen Sie von der Konzeption bis zur Abnahme eines Assistenzrobotersystems in Ihrer Produktion:

  • Entwicklung eines Sicherheits- und Interaktionskonzepts, des zugehörigen Layouts, die Werkzeuggestaltung und die Auswahl geeigneter Sensorik zum Umgang mit Toleranzen
  • Anpassung unserer Bedien- und Ausführumgebung Assembly Assistant an Ihre Anforderungen
  • Implementierung von Bildverarbeitungs- und Regelungsalgorithmen zur robusten Prozessausführung

 
Nutzen

  • Möglichkeit zur Arbeitsteilung, die die Stärken des Menschen so nutzt, dass er seine kognitiven Fähigkeiten einsetzen kann, um unstrukturierte Umgebungen und Flexibilitätsanforderungen zu beherrschen, während der Roboter seine Kraft, Genauigkeit und Ausdauer voll ausnutzen kann.
  • Starke Reduktion der Komplexität einer Automatisierungslösung – und somit der Engineering-, Investitions- und Wartungskosten – sodass der Einsatz von Mensch und Roboter wirtschaftlich sinnvoll ist.

 
Merkmale eines Assistenzroboters

Assistenzroboter müssen – um im Arbeitsraum des Menschen mit diesem sicher und sinnvoll zu interagieren – eine Reihe von Voraussetzungen erfüllen:

  • Sicherheit: Die Sicherheit des Menschen muss im Umgang mit einem Assistenzroboter zu jeder Zeit gewährleistet sein. Dazu ist ein von den zuständigen Instanzen abnehmbares Sicherheitskonzept erforderlich. Dieses muss einerseits aktuellen Normen und Richtlinien entsprechen, andererseits applikationsspezifisch angepasst werden.
  • Einfache Bedienung: Assistenzroboter sollen vom Bediener selbst an sich ändernde Aufgabenstellungen, z. B. Änderungen der Bauteilgeometrie, angepasst werden können. Dazu benötigen sie eine einfache Bedienoberfläche, die es ermöglicht, vordefinierte Funktionen zu Programmabläufen zu kombinieren und auf intuitive Art zu parametrisieren.
  • Robuste Prozessausführung: Assistenzroboter sollen in bisher manuellen Montageumgebungen eingesetzt werden können. Dazu müssen sie mit Positionier- und Bauteiltoleranzen umgehen können. Dafür wurde am Fraunhofer IPA die sensorgestützte Montage nach dem Prinzip »Groblokalisierung – Feinlokalisierung – kraftgeführte Montage« entwickelt. Dazu wird eine über dem Arbeitsplatz befestigte 3D-Kamera für die Groblokalisierung einer Vorrichtung/eines Bauteils mit einer Genauigkeit von +/- 1 cm genutzt. Der Roboter fährt die ungefähre Montageposition an und lokalisiert diese mithilfe einer in das Roboterwerkzeug integrierten Stereokamera mit einer Genauigkeit besser als 1 mm. Der eigentliche Montagevorgang erfolgt kraftgeregelt, um z. B. Bauteiltoleranzen oder ein Verkanten der Teile zu erkennen und entsprechend zu reagieren, z. B. einen zweiten Versuch zu starten oder den Bediener zu informieren.