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Symbiotic Human-Robot Collaborative Assembly: Technologies, Innovations and Competitiveness

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Sicherere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter für Arbeitsstätten der Zukunft

Die nächste Generation von Robotern könnte Seite an Seite mit dem Menschen Einzug in die Arbeitsstätten halten. Doch hierzu müssen zunächst Grundsätze für die Zusammenarbeit etabliert werden. SYMBIO-TIC hat ein System für eine solche sichere, dynamische, intuitive und kosteneffektive Arbeitsumgebung entwickelt.

Digitale Wirtschaft

Die Fabriken der Zukunft hängen von der Entwicklung sicherer, kosteneffektiver, hybrider Montage-/Verpackungsanordnungen ab, die auf der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter basieren. Die europäische Fertigungsindustrie sieht sich jedoch mit Implementierungsherausforderungen konfrontiert, die sich als einen Mangel an Anpassungsfähigkeit, Flexibilität und vertikaler Integration zusammenfassen ließen. Das EU-finanzierte Projekt SYMBIO-TIC (Symbiotic Human-Robot Collaborative Assembly: Technologies, Innovations and Competitiveness) entwickelte Werkzeuge für Industrien, in denen Vorbehalte gegen Roboter herrschen und die derzeitigen Aufgaben und Prozesse typischerweise als zu komplex für die Automatisierung erachtet werden. Dies beinhaltete: ein Kollisionsvermeidungssystem, ein Planungs- und Steuerungstool zur Überwachung und Neuplanung von Montageaufgaben, intuitive Befehle für die Robotersteuerung, ein Echtzeitsystem zur Unterstützung von Arbeitskräften, das auf ihre Kompetenzen und Fähigkeiten zugeschnitten ist, sowie die Veränderung von Montagesequenzen. Eine symbiotische multimodale Lösung Was die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter anbelangt, gibt es hohe Erstinvestitionen, einen häufigen Mangel an Programmierfähigkeiten, unflexible vorprogrammierte Roboter innerhalb dynamischer Umgebungen und Sicherheitsbedenken. Darüber hinaus gibt es keinen gemeinsamen Standard oder dazugehörige Vorschriften, was aus Sicherheitsgründen zu dem aktuellen Verbot für die enge Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern in einer gemeinsamen Umgebung führt. Das SYMBIO-TIC-Team erdachte nach einer Analyse der kollaborativen Montagelinie von Mensch und Roboter und der Identifizierung wichtiger fehlender Bestandteile eine modulare Lösung. Projektkoordinator Prof. Lihui Wang von der Königlichen Technische Hochschule (KTH) in Schweden sagt hierzu: „Wenn sich ein Arbeiter auf eine robotische Montagelinie begibt, hat Sicherheit oberste Priorität. Dann geht es darum, den Roboter als Teammitglied zu behandeln. Abschließend muss die Interaktion zwischen Mensch und Roboter auf Systemebene überwacht und koordiniert werden.“ Der Beitrag von SYMBIO-TIC ermöglicht ein System, das veraltete Industrieroboter sicher, intelligent und kollaborativ macht. „Dieser Ansatz bietet einen einfachen Einstieg für Industrien, die Vorbehalte gegen die Erforschung kollaborativer Arbeit von Mensch und Roboter haben“, sagt Prof. Wang. Die Stärke des Systems beruht zum Teil auf der Einbindung von „Funktionsblöcken“, die jeweils mehrere Algorithmen in Verbindung mit Daten- und Ereigniseingaben beinhalten und folglich als Eingaben für nachfolgende Blöcke genutzt werden können. Hierdurch erhalten starre Steuercodes mehr Flexibilität und Anpassungsfähigkeit, sodass beispielsweise die Trajektorie eines Roboters modifiziert werden kann, falls sich ein Mensch nähert. Das Team hat bereits eine aktive Kollisionsvermeidung zum Schutz von Arbeitnehmern aufgezeichnet und entwickelt derzeit einen Demonstrator, der bis Mitte März 2019 einsatzbereit sein soll und alle Module sowie Subsysteme zusammen beinhaltet, um die komplette Lösung präsentieren zu können. Dieser Demonstrator wird sich bei Volvo Cars in Schweden befinden, wo er außerhalb der regulären Produktionsumgebung ein Massenausgleichssystem (MBS) in ein Fahrzeug montieren soll. Anschließend wird das Team neue Partner suchen, um die Technologie in einen marktreifen Zustand zu bringen. Intelligente Handelnde SYMBIO-TIC unterstützt durch diese Technologien die verstärkte Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrien. Genauer gesagt wird das integrierte System die Produktivität steigern, da: Montagebänder verkürzt werden, die Stillstandszeit von Arbeitskräften/Robotern reduziert wird und eine schnelle Robotersteuerung über Sprache, Sehen und Haptik eingeführt wird, die den Bedarf von Programmierfähigkeiten überflüssig macht. Hierdurch zeichnet sich eine Zukunft ab, in der Bedienungspersonen im Montagebereich als „intelligente Handelnde“ mit Robotern in einem kohärenten, effektivem Team zusammenarbeiten und ihre Roboterkollegen auf natürliche Weise über gesprochene Sprache, Zeichensprache und/oder Berührung anweisen und steuern. „Wir arbeiten durch eine energieschonende Robotersteuerung und ergonomische Arbeitsumgebungen an einer besseren Umwelt- und sozialen Nachhaltigkeit. Letztgenannte verbessert das Leben von Arbeitnehmern und fördert die Geschlechtergleichstellung, da auch weibliche Arbeitskräfte mit Roboterunterstützung Schwerlastaufgaben ausführen können“, so Prof. Wang. „Solche intelligenten Handelnden können unabhängig von Geschlecht, Körpergröße, Alter und körperlicher Stärke die gleiche Arbeit effizient erledigen.“ Das System hält auch die Produktqualität aufrecht, da letztlich immer noch der Mensch für Inspektionen und erforderliche Einstellungen zuständig ist.

Schlüsselbegriffe

SYMBIOTIC-TIC, Roboter, Automatisierung, Fabrik, Sicherheit, Montageband, Fertigung, Algorithmen

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