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Co-production CeLL performing Human-Robot Collaborative AssEmbly

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Synthetische Haut gibt Industrierobotern ein Gespür für menschliche Teammitglieder

Von Mensch und Roboter gemeinsam genutzte Arbeitsumgebungen entlang der Fertigungslinie könnten die Produktivität steigern und zu besseren Arbeitsbedingungen führen. Ein EU-finanziertes Projekt hat versucht, dieses Konzept mit Schwerpunkt auf Sicherheit, Kommunikation und Flexibilität zu verwirklichen.

Industrielle Technologien

Zahlreiche Unternehmen sind bestrebt, die Produktionszyklen unter anderem in den Branchen Automobil, Fertigung, Chemikalien, Pharmazie und Lebensmittel zu verkürzen. Ein gemeinsames Ziel ist es, Kosteneffizienz zu erreichen und Produkte schneller auf den Markt zu bringen, wobei die Rechte und Bedürfnisse der Arbeitskräfte gemäß Industrie 5.0 geachtet werden sollen. Durch künstliche Intelligenz (KI) gestützte kollaborative Roboter bieten eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen. „Roboter, die mit Menschen zusammenarbeiten können, haben ein noch größeres Potenzial, die Produktionseffizienz zu steigern“, erklärt Zoe Doulgeri, Professorin am Labor für Automatisierung und Robotik der Aristoteles-Universität Thessaloniki in Griechenland und Projektkoordinatorin von CoLLaboratE (Co-production CeLL performing Human-Robot Collaborative AssEmbly). Sie fügt an: „Stellen Sie sich eine Situation vor, in der menschliches Personal in der Lage ist, einem Roboter in nur wenigen Minuten zu zeigen, wie man neue Teile zusammenbaut. Der Roboter lernt aus der Demonstration und passt sich an Veränderungen in der Umgebung an, sodass er die Arbeitskräfte bei ihren täglichen Aufgaben tatsächlich unterstützen kann. Unsere Vision ist eine Zukunft, in der Menschen und Maschinen effektiv und flexibel in einem gemeinsamen Arbeitsumfeld zusammenarbeiten können.“

Gemeinsame Arbeitsplätze für Mensch und Roboter

Das Hauptziel des EU-finanzierten Projekts CoLLaboratE war die Entwicklung von Industrierobotern, die nicht nur vom Menschen lernen, sondern auch sicher mit ihm kooperieren können. „Wir wollten sicherstellen, dass auch Nichtfachleute den Robotern Montageaufgaben beibringen können“, erklärt Doulgeri. „Dafür haben wir verschiedene Lehrmethoden entwickelt. Dazu gehören die visuelle Demonstration durch Beobachtung der Person bei der Montage, die physische Anleitung (d. h. die Arbeitskraft nimmt den Roboter an die Hand und führt ihn durch die Aufgabe) und Erweiterte Realität (Augmented Reality, AR) über eine mobile App.“ Im Hinblick auf die Sicherheit der Menschen hat das Projektteam eine Software erstellt, die dafür sorgt, dass die KI-Maschinen die Anwesenheit menschlichen Personals an der Fertigungslinie vollständig wahrnehmen, Kollisionen vermeiden und gleichzeitig konform, lernfähig und genau bleiben. „Wir haben zum Beispiel eine neue Roboterhaut entwickelt, die nicht nur den Kontakt mit Objekten erkennt, sondern auch nach Art des Kontakts unterscheiden kann“, erklärt Doulgeri. „Mithilfe von Deep Learning kann der Roboter freiwillige von unfreiwilligen Kontakten des Menschen unterscheiden und entsprechend sicher reagieren.“ Nachdem der Roboter die Aufgabe durch Demonstration erlernt hatte, entwickelte das Projektteam Methoden, um KI und adaptive Steuerung ins Spiel zu bringen, damit der Roboter sich selbständig verbessern und an verschiedene Szenarien anpassen kann. So kann der Roboter beispielsweise die Last mit einem Menschen bei der gemeinsamen Handhabung verschiedener Objekte teilen. Die Roboter können die Gesten der Arbeitskräfte erkennen und diese in Handlungen umsetzen. Neben diesen technischen Entwicklungen hat das Projektteam auch die sozialen Aspekte des Einsatzes von KI-Robotern in der Fertigung berücksichtigt. „Von entscheidender Bedeutung ist, dass Menschen die Anwesenheit der Roboter akzeptieren“, sagt Doulgeri. „Wir haben daher auf eine gute Kommunikation zwischen Robotern und Menschen hingearbeitet, um Vertrauen aufzubauen.“

Breit gefächertes Industriepotenzial

Doulgeri geht davon aus, dass die im Rahmen des Projekts CoLLaboratE erzielten Fortschritte letztendlich zu einem verstärkten Einsatz von kollaborativen Robotern in der Industrie führen werden. Sie weist darauf hin, dass neben der reinen Steigerung der Produktivität auch die Arbeitsbedingungen der Beschäftigten verbessert werden könnten. Körperlich anspruchsvollere und sich wiederholende Aufgaben werden innerhalb des geplanten Mensch-Roboter-Arbeitsumfelds an Roboter delegiert. Zu den potenziellen Endnutzenden der CoLLaboratE-Technologie gehören Automobil-, Flugzeug- und Haushaltsgerätehersteller. Viele Branchen haben das Potenzial der kollaborativen Robotik bereits erkannt und unternehmen Schritte, um die Ergebnisse des Projekts CoLLaboratE in ihre Fertigungsstraßen zu integrieren. „Wir wollen nicht nur die Großindustrie erreichen, sondern auch KMU unterstützen, die Kleinserien fertigen“, fügt Doulgeri hinzu. „Sie würden ebenfalls von der Flexibilität profitieren, die CoLLaboratE bietet.“ Das Projektteam erwägt die Möglichkeit eines Gemeinschaftsunternehmens, um die Kommerzialisierung der Forschungsergebnisse zu finanzieren und die Fertigung auszuweiten. Derzeit wird um private und öffentliche Mittel geworben. „Mit diesem Modell können weitere Entwicklungen und Tests in einer betrieblichen Umgebung durchgeführt werden“, so Doulgeri.

Schlüsselbegriffe

CoLLaboratE, KI, Roboter, Industrie, Produktivität, Arbeitsumfeld, Arbeitskraft, Fertigung

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23 April 2021