Kollaborative Roboter arbeiten mit Menschen zusammen
Die Industrie 4.0 revolutioniert die Fertigung, doch ihr volles Potenzial kann nur ausgeschöpft werden, wenn Menschen und Roboter zusammenarbeiten, wobei die Technologie die führende Rolle des Menschen aktiv unterstützt. Das EU-finanzierte Projekt SHERLOCK hat kritische Herausforderungen für die breite Einführung der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter überwunden. Seine innovativen Robotertechnologien mit intelligenter Mechatronik und KI-basierter Kognition bieten die Möglichkeit einer sicheren, effizienten und hocheffektiven Mensch-Maschine-Kooperation.
Mensch-Roboter-Kollaboration: Teamwork verwirklicht den Traum
Es gibt keine einfache Lösung, wenn es um die industrielle Anwendung der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter geht. Die Kombination von Komponenten aus dem unglaublichen Fundus an Technologien von SHERLOCK ermöglichte Lösungen für vier industrielle Anwendungen, die die Leistungsziele übertrafen. SHERLOCK verbesserte den ersten kollaborativen Roboter mit hoher Traglast, der schwere Solarmodule handhabte und dabei künstliche Intelligenz (KI) nutzte, um sein Verhalten anzupassen, wenn er dem Personal Teile weiterreicht. „Die Zykluszeit konnte um etwa 18 % reduziert werden, und das von einer Person maximal zu handhabende Gewicht sank von zuvor 42 kg (was zwei Personen erforderte) auf 2 kg“, erklärt Projektkoordinator Nikos Dimitropoulos vom Labor für Fertigungssysteme und Automatisierung (LMS) an der Universität Patras in Griechenland. „Der Roboter mit hoher Traglast wird somit die Inklusion fördern, indem er Beschäftigungsbarrieren für Personal mit körperlichen Einschränkungen abbaut“, bemerkt er. Sotiris Makris, Leiter der Gruppe Roboter, Automatisierung und virtuelle Realität in der Fertigung bei der LMS, fährt fort: „Unser kollaborativer Roboter mit geringer Traglast, der von einem unvergleichlich fortschrittlichen digitalen Zwilling unterstützt wird, kann Aufgaben in Echtzeit planen, indem er Daten von verteilten Sensoren nutzt. Unser Roboter hat bei der Montage von Industriemodulen das Nieten übernommen, während das Personal dank der Sicherheitsinnovationen von SHERLOCK gleichzeitig an demselben Teil arbeitete.“ Das KI-Wahrnehmungsmodul des Roboters erkannte etwa die Hälfte der häufigsten Montagefehler, und die Zykluszeit konnte um etwa 40 % verringert werden. Das semiaktive Exoskelett von SHERLOCK mit KI-gesteuerter Roboterwahrnehmung menschlicher Handlungen kann seine Unterstützung in Echtzeit automatisch modulieren. Das Exoskelett bietet VR-basierte Schulungen für neues Personal und AR-basierte Anweisungen. Seine Verwendung reduzierte die Fehlerhäufigkeit bei der Montage von großen computergesteuerten Maschinen. Schließlich wurde der mobile zweiarmige SHERLOCK-Roboter für den kollaborativen Transport großer Verbundwerkstoffteile in der Luftfahrt eingesetzt. Dank fortschrittlicher Nachgiebigkeitsregelung und intuitiver AR-Schnittstellen konnte der Roboter den Bewegungen des Personals mühelos folgen und ihn unterstützen“, erklärt Makris. Mit der Lösung sank die Anzahl der Personen, die für den Transport der großen Teile benötigt wurden, sodass diese sich auf andere wertschöpfende Tätigkeiten konzentrieren konnten.
KI-gesteuertes, menschenähnliches Roboterverhalten und einfache Programmierung fördern die Akzeptanz beim Menschen
SHERLOCK zeigte deutliche Verbesserungen in Bezug auf Leistung, Ergonomie und Personalakzeptanz im Vergleich zu früheren Anwendungen der Mensch-Maschine-Kollaboration. „In vier industriellen Szenarien nahmen die SHERLOCK-Roboter die Umgebung sowie die Bedürfnisse und Vorlieben des Personals wahr, sagten menschliche Absichten voraus und passten ihr Verhalten dank KI-gesteuerter Wahrnehmung und Entscheidungsfindung entsprechend an. Das Personal war nicht mehr nur neugierig, sondern begeistert und sah die Roboter schließlich als geschätzte Teammitglieder an“, so Dimitropoulos. Die Roboter waren sogar einfacher zu programmieren als erwartet, womit die Produktionsfachleute die Systeme innerhalb von Stunden statt Tagen ohne Vorkenntnisse oder Schulungen neu konfigurieren konnten. Durch die einfache Programmierung und die umfangreiche Unterstützung des Personals werden viele alters-, geschlechts-, körper- und ausbildungsbedingte Beschäftigungsbarrieren abgebaut. SHERLOCK hat das reale Potenzial hochintelligenter, unterstützender Robotersysteme aufgezeigt. Die Mensch-Maschine-Kooperation ist von der Forschung zur Anwendung übergegangen und hat während der Laufzeit des Projekts drei Produkte hervorgebracht. Das Team wird die Reifung der wichtigsten Ergebnisse des Projekts CONVERGING fortsetzen.
Schlüsselbegriffe
SHERLOCK, Roboter, KI, Mensch-Roboter-Kollaboration, Fertigung, Exoskelett, AR, Mechatronik, VR
