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Mobile dual arm robotic workers with embedded cognition for hybrid and dynamically reconfigurable manufacturing systems

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Warum Ihr nächstes Teammitglied ein Roboter sein könnte

Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) und fortschrittlicher Automatisierung hat ein Team aus Forschungs- und Industriepartnern der Europäischen Union (EU) einen Roboter mit zwei Armen entwickelt, der sich frei in einer Werkshalle bewegen, komplexe Aufgaben ausführen und sogar mit seinen menschlichen Teammitgliedern interagieren kann.

Digitale Wirtschaft

Fabriken waren lange Zeit durch das Fließbandmodell gekennzeichnet. Doch nun, da die Fertigung zunehmend kundenorientiert stattfindet, wächst der Bedarf an einer flexibleren Werkshalle. Für das EU-finanzierte Projekt THOMAS (Mobile dual arm robotic workers with embedded cognition for hybrid and dynamically reconfigurable manufacturing systems) liegt die Antwort in intelligenteren Maschinen. „Roboter mit eingebauter Kognition erlauben es den Fabriken, sich schnell an wechselnde Kundenwünsche anzupassen und gleichzeitig Kosten aufgrund großer Lagerbestände zu minimieren“, sagt Niki Kousi, Forschungsingenieurin am Labor für Fertigungssysteme und -automatisierung (LMS) der Universität Patras in Griechenland, die das Projekt koordinierte. „Durch die Übernahme vieler anstrengender, sich wiederholender und gefährlicher Aufgaben können intelligente Roboter auch die Gesundheit, die Sicherheit und das Wohlbefinden der menschlichen Arbeitskräfte verbessern“, fügt Sotiris Makris, Leiter der Gruppe Roboter, Automatisierung und virtuelle Realität in der Fertigung an der LMS, hinzu.

Eine rekonfigurierbare Fabrik

Mit dem Ziel, rekonfigurierbare Fabriken zu schaffen, die auf autonomen, mobilen Robotern basieren, begann das Projekt mit der Entwicklung eines innovativen mobilen zweiarmigen Roboters. „Dank ihrer Doppelarmkonfiguration und der Fähigkeit, sich in einer Werkshalle frei zu bewegen, können diese Roboter fortgeschrittene Aufgaben ausführen und so ein neues Produktionsparadigma schaffen“, bemerkt Makris. Später haben die Forschenden die Werkshalle digitalisiert. „Als digitaler Zwilling der physischen Fabrik enthalten diese Modelle alles, vom menschlichen Bedienpersonal bis zu Robotern, Teilen und Prozessen“, erläutert Kousi. „Das Modell ist außerdem dynamisch und nutzt 2D- und 3D-Sensordaten, um den Zustand der Werkshalle in Echtzeit zu erfassen.“ Diese Modelle dienen den Robotern als Fahrplan, der es ihnen ermöglicht, autonom – und sicher – in der Werkshalle zu navigieren und mehrere Arbeitsgänge auszuführen, darunter Schrauben, Handhaben und Bohren. Zudem können sie ihren menschlichen Teammitgliedern helfen und mit ihnen interagieren. „Die Roboter sind zu logischem Denken fähig und können miteinander und mit anderen Produktionsressourcen – einschließlich menschlichem Bedienpersonal – zusammenarbeiten“, sagt Makris. „Jeder Roboter ist mit zertifizierten Sensorgeräten ausgestattet, die es ihm ermöglichen, sich in einer nicht umzäunten Umgebung sicher zu bewegen und mit Menschen zu interagieren.” Hinter diesen fortschrittlichen Funktionen steht eine innovative Technologie, die als Roboter-Wahrnehmungsbibliotheken bezeichnet wird. Diese Bibliotheken gestatten es den Robotern, ohne Kollision zu navigieren, sich richtig auszurichten und praktisch an verschiedene Arbeitsstationen anzudocken sowie die Positionierung der verschiedenen Werkzeuge zu erkennen, die während des Montageprozesses verwendet werden. Alle Technologien des Projekts wurden in die offene Produktionsstelle THOMAS Open Production Station (OPS) integriert.

Roboter sollen helfen und niemanden ersetzen

Während einige das Projekt THOMAS als ein weiteres Beispiel für den Verlust von Arbeitsplätzen durch Automatisierung ansehen könnten, ist Makris fest davon überzeugt, dass dies nicht der Fall ist. „THOMAS soll dem menschlichen Bedienpersonal als Assistent dienen und die gefährlichsten sowie anstrengendsten Aufgaben übernehmen“, ergänzt er. „Damit wird nicht nur die Sicherheit unserer Fabriken erhöht, sondern den Menschen auch die Möglichkeit geboten, ihre Aufmerksamkeit auf die fortschrittlichsten und wichtigsten Aufgaben zu richten – einschließlich der Roboterprogrammierung.“ Makris weist zur Veranschaulichung darauf hin, dass THOMAS OPS in realen Umgebungen, einschließlich einer Automobil- und Luftfahrtfabrik, vollständig demonstriert wurde. „Die Ergebnisse zeigen, dass THOMAS OPS nicht nur die Auslastung des Bedienpersonals verbessert, sondern auch neue Beschäftigungsmöglichkeiten in einer Fabrik eröffnet“, schließt er.

Schlüsselbegriffe

THOMAS, Roboter, KI, Automatisierung, Fabrik, Fertigung, digitaler Zwilling, Sensordaten

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7 Februar 2023