Schwerpunkte

Fraunhofer IFF

Mobile Assistenzroboter in der Fließfertigung

02. März 2021, 08:30 Uhr   |  Inka Krischke

Mobile Assistenzroboter in der Fließfertigung
© Fraunhofer IFF

Intelligente, mobile Assistenzroboter könnten nicht nur der Industrie neue Produktionsmethoden ermöglichen.

Robotik-Experten des Fraunhofer IFF haben gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung neue Technologien entwickelt, mit denen mobile Assistenzroboter Montageaufgaben sogar an beweglichen Objekten wie etwa in der Fließfertigung durchführen können.

Bisher haben sich mobile Assistenzroboter im industriellen Umfeld nicht durchsetzen können. Eine wesentliche Herausforderung ist die vielseitige Einsatzmöglichkeit des Roboters für unterschiedlichste Tätigkeiten ohne beziehungsweise mit minimalem Programmieraufwand. Zudem sind heutige Systeme zu langsam, um nur ansatzweise menschenähnliche Fähigkeiten aufzuweisen - zum Beispiel bei der Objekterkennung und -handhabung. Eine Lösung bestünde in drahtlos vernetzten, verteilten Steuerungssystemen.

Insbesondere für Aufgaben mit mobiler Manipulation, also der freien Bewegung und Handhabung verschiedener Objekte, müssen die Roboter aber in der Lage sein, ihre Umwelt kontinuierlich wahrzunehmen und sich selbstständig an eine sich dynamisch verändernde Umgebung unmittelbar anzupassen. Für diese eigenständige Planung von Handlungen und Bewegungen, die Erfassung und Auswertung unterschiedlichster Sensordaten und die Verwertung umfangreicher Datenmengen ist eine spezielle Software notwendig. Eine solche ‚intelligente‘ Robotik ist Basis für vielfältige Anwendungen außerhalb der klassischen Automatisierung und für die Gestaltung hochflexibler Automatisierungslösungen.

Fraunhofer IFF

Einem Team aus Robotik-Experten des Fraunhofer IFF und Partnern aus Industrie und Forschung ist es gelungen, die damit verbundenen Herausforderungen zu überwinden. Im Rahmen des Forschungsprojekts ‚fast robotics‘ der vom BMBF geförderten Initiative ‚zwanzig20‘ haben sie eine Lösung aus drahtlos vernetzten, verteilten Steuerungssystemen entwickelt, die eine dezentrale Echtzeitsteuerung intelligenter mobiler Robotersysteme gestattet.

Kommunikation-Roboter-Sensoren-Bauteil-und-Steuerungstechnik-Fraunhofer-IFF
© Fraunhofer-IFF

Das Projekt 'fast robotics': Nahezu sämtliche Kommunikation zwischen Roboter, ambienten Sensoren, Bauteil und Steuerungstechnik erfolgt mit Hilfe der neuen Lösung kabellos, dezentral und in Echtzeit über Cloud-Lösungen.

Ihr Ansatz beruht seitens der Softwaresysteme auf einer Transformation der bisher streng hierarchisch organisierten Automatisierungspyramide hin zu einem hochgradig vernetzten System. Zudem haben sie Assistenzroboter mit intelligenten Grundfertigkeiten ausgestattet, die sich nur im Zusammenspiel von vernetzten, ausgelagerten IT-Diensten auf leistungsfähiger Rechentechnik realisieren lassen. Die dafür notwendige Hard- und Software haben die Ingenieure des Fraunhofer IFF selbst entwickelt.

Prof. Norbert Elkmann, Leiter des Geschäftsfelds Robotersysteme am Fraunhofer IFF und Koordinator des Projekts ‚fast-robotics‘: „Unser Ziel war es, mit leistungsfähiger Funktechnologie eine drahtlose Echtzeitkommunikation zwischen dezentralen, mobilen Roboteranwendungen und der sie umgebenden Infrastruktur umzusetzen. Die notwendige Rechentechnik kann nun auf externe Server auslagert und Kernfunktionen des Roboters wie die Sensordatenverarbeitung und Bewegungsgenerierung über Cloudlösungen bereitgestellt werden. Für die Demonstration haben wir uns bewusst für das sehr anspruchsvolle Szenario ‚Montage im Fließbetrieb‘ entschieden. Es hat eine weit höhere Komplexität als bei stillstehenden Objekten und unterstreicht die Leistungsfähigkeit und Praxistauglichkeit der Entwicklungen.“

Kabellose-Steuerungsarchitektur-mobile-Assistenzroboter-Fraunhofer-IFF
© Fraunhofer-IFF

Im Projekt 'fast robotics' haben die Robotikexperten des Fraunhofer IFF mit den beteiligten Entwicklungspartnern eine neue, kabellose Steuerungsarchitektur für mobile Assistenzroboter entwickelt, mit der diese sogar in der Fertigung am Fließband eingesetzt werden können.

Um ihr Ziel zu erreichen, haben die Forschenden den gesamten Prozess der Informationsübertragung zwischen den Teilnehmern eines solchen Netzwerks neu denken und gestalten müssen. Christoph Walter, Projektleiter am Fraunhofer IFF, erläutert: „Unter anderem konnten wir so die statistische Zuverlässigkeit und das Antwortverhalten von drahtlosen Kommunikationskanälen sowie Clouddiensten verbessern. Außerdem haben wir anwendungsspezifische Fehlertoleranzstrategien für die Kontrolle der Roboter entwickelt. Auf dieser Grundlage ist eine neue Roboterkontrollarchitektur entstanden, welche auf der Vorberechnung relevanter Handlungsvarianten zur Laufzeit basiert und damit schnelle Reaktionszeiten mit höherwertigen Erkennungs- und Planungsfunktionen verbindet.“

Im Ergebnis können nun mobile und auch stationäre Roboter mit Hilfe einer Funk-Infrastruktur in Echtzeit drahtlos überwacht, lokalisiert, konfiguriert und gesteuert werden. Das vereinfacht auch die Integration externer Sensoren, beispielsweise stationärer Kameras zur Kontrolle der Roboterumgebung und darauf aufbauender Dienste. Zurdem können leichtere und flexiblere mobile Roboter und Manipulatoren gebaut werden, da diese nicht mehr ihre gesamte Rechentechnik und Energieversorgung mit sich führen müssen.

Auf Facebook teilen Auf Twitter teilen Auf Linkedin teilen Via Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

Verwandte Artikel

Fraunhofer IFF (Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung)

Robotik