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TechnikMensch-Maschine-Kollaboration

Neuer Ansatz in der Robo­ter­pro­gram­mie­rung

Lesezeit ca.: 4 Minuten
Lisa Kräher

Lisa Kräher

freie Journalistin

In Zukunft sollen Mensch und Maschine direkt zusammen­ar­beiten. Doch die Programmie­rung dieser Roboter ist bisweilen teuer und zeitaufwendig. Forscher der Technischen Hochschule Nürnberg wollen das ändern und die Mensch-Roboter-Kollabora­tion (MRK) auch für kleine und mittelstän­di­sche Betriebe rentabel machen.

15. Januar 2018

Sie sind smart, flexibel und sollen den Mitarbei­tern in der Produktion direkt unter die Arme greifen: kollabora­tive Roboter - Maschinen, die direkt, das heißt ohne Schutzzaun, mit dem Menschen zusammen­ar­beiten. In den Produkti­ons­hallen großer Konzerne sind die sensitiven „Assisten­ten“ schon im Einsatz. Im BMW-Werk in Dingolfing beispiels­weise hilft der Leichtbau­ro­boter iiwa von der Firma KUKA den Montage-Mitarbei­tern beim Fügen von Kegelrädern. Michael Koch ist Professor für Produktent­wick­lung an der Fakultät für Maschinenbau und Versorgungs­technik der Technischen Hochschule Nürnberg. Er leitet das Forschungs­pro­jekt „MRK&MoCap4Ro­bots“, das dort seit Frühjahr 2017 läuft. Er kennt die aktuelle Situation:

Große Firmen können es sich leisten, einen Roboter aufwendig zu programmieren. Ein kleiner Betrieb dagegen, der in der einen Woche einen Auftrag von ein paar hundert Stück abwickelt und in der nächsten Woche schon wieder etwas anderes produzieren muss, hat es da schwerer. Das behindert den Einsatz von Robotern in kleinen und mittelstän­di­schen Unternehmen deutlich.

Programmieren ohne Programmier­kennt­nisse

Das Ziel ist es, einen Methoden­bau­kasten zu entwickeln, mit Hilfe dessen kollabora­tive Roboter unkompli­ziert und schnell programmiert werden können. Mitarbeiter, die zwar Prozesskennt­nisse, aber keine oder nur wenig Programmier­kennt­nisse haben, könnten so selbst eine MRK-Anwendung erstellen.

„Für kollabora­tive Roboter ist unser Ansatz neu“, sagt Michael Koch. Bislang gebe es zwei gängige Verfahren, einen Industrie­ro­boter zu programmieren, erklärt er. Der Anwender stellt sich entweder neben den Roboter und fährt ihn manuell genau an die Positionen, an denen dieser später seine Tätigkeit verrichten soll. Dabei handelt sich um Millimeter­ar­beit, die vor allem bei komplexen Programmen auch mal ein paar Tage dauern kann. Die rechnerge­stützte Alternative basiert auf CAD/CAM-Software, die 3D-Daten automatisch erzeugt. „Dafür braucht man aber Leute, die Erfahrung mit dieser Software haben und nichts anderes tun. Welches kleinere Unternehmen kann sich das schon leisten?“, sagt Koch.

Fertigbau­kasten und Motion-Capture

Der Ansatz der Nürnberger Forscher setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: Zum einen soll ein Roboter-Fertigbau­kasten dabei helfen, ein Programm automatisch zu erzeugen. Das heißt, häufigere Bewegungen und Arbeitsschritte, zum Beispiel das Hochheben eines schweren Werkstücks oder das Erzeugen einer Schweißbahn, sollen vorprogram­miert werden. Um zu ermitteln, welche Anforderungen es an einen kollabora­tiven Roboter in der Praxis überhaupt gibt, haben die Nürnberger Forscher zwei Firmen als Projektpartner an ihrer Seite, die ihnen diese Informationen liefern: den Zulieferer Schaeffler und Manutec, einen Hersteller von Industrie­ro­bo­tern aus Fürth. Das Programm soll in der Lage sein, selbst zu erkennen, für welche Arbeitsschritte der Roboter zuständig und wann der Mensch gefragt ist. Entspricht eine gewünschte Bewegung nicht dem Standard­an­wen­dungs­fall, kann der Mitarbeiter nachjustieren.

Und hier kommt die zweite Komponente ins Spiel: ein optisches Motion-Capture-System, das eine intuitive Offline-Roboterpro­gram­mie­rung ermöglichen soll. Der Vorteil dieser Offline-Methode: Während der Roboter beispiels­weise unten in der Werkshalle Schweißar­beiten verrichtet, kann der Mitarbeiter oben im Büro bereits einstellen, welche Arbeit sein Maschinen-Kollege als nächstes verrichten soll. Dafür entwickeln Michael Koch und sein Team einen Demo-Arbeitsplatz, an dem der Mitarbeiter den gewünschten Arbeitsschritt mit einem echten Bauteil und einem Eingabegerät vorführen kann, das so gestaltet ist wie das Roboter-Werkzeug. Infrarot­ka­meras erfassen dabei Ball-Reflektoren am Eingabegerät, sogenannte „Tracking-Targets“. Dadurch können die genauen Positionen erfasst und für den Roboter automatisch ein Programm generiert werden. „Unser Ziel ist es, einen Programmier­ar­beits­platz zu entwickeln, der wenig Geld kostet und den jeder bedienen kann“, sagt Michael Koch.

Herausfor­de­rung: Sicherheit

Die Nürnberger Forscher arbeiten bei ihrem Projekt mit Robotern der Firma KUKA, aber auch dem APAS, einem kollabora­tiven Roboter von Bosch. „Grundsätz­lich soll unser Ansatz aber hersteller­un­ab­hängig sein und durch kleine Modifika­tionen auf andere Systeme übertragbar sein. Wir liefern die Methode, die Hersteller sollen das dann in ihre Produkte selber integrie­ren“, sagt Michael Koch. Programmiert wird in der Allzweck-Sprache C#.

Eine Herausfor­de­rung sieht Koch momentan vor allem noch beim Thema Sicherheit – der zentrale Aspekt bei der Zusammen­ar­beit von Mensch und Roboter ohne Zaun. Alle eingesetzten Komponenten für die kollabora­tive Umgebung müssen redundant und sicher ausgeführt sein. Seien es die Robotersteue­rung oder Komponenten zur optischen Überwachung des Werkers, die erkennt, wenn Mensch und Roboter sich zu nahe kommen. Vier Jahre haben Koch und sein Team Zeit, dann läuft das vom Bundesmi­nis­te­rium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt aus.