Augemented Reality

Roboter durch die AR-Brille betrachtet

Der Lehrstuhl Automatisierungstechnik der BTU Cottbus-Senftenberg hat ein Konzept zur intuitiven Roboterprogrammierung entwickelt. Montageaufgaben werden durch Vorführung der Aufgaben ins Roboterprogramm eingegeben, zur Rückmeldung werden die Montageaufgaben durch Augmented Reality räumlich in 3D angezeigt.

Beispielszenario der Roboterprogrammierung durch AR. © BTU Cottbus-Senftenberg

Der Robotereinsatz bietet eine Möglichkeit zur flexiblen Automatisierung der Produktion durch Wiederprogrammierung des eingesetzten Roboters nach Prozess- oder Produktänderungen. Zur Gewährleistung einer wettbewerbsfähigen Produktion, insbesondere für Kleinserienmontage, wird aber eine immer höhere Flexibilität gefordert. Die herkömmlichen Roboterprogrammiersysteme sind jedoch komplex zu bedienen und stellen hohe Anforderungen an die Qualifikation des Personals. Vor diesem Hintergrund wurde ein Konzept zur intuitiven und einfachen Roboterprogrammierung entwickelt. Es bietet die Möglichkeit, die Zeit zur Erstellung eines ausführbaren Roboterprogramms für komplexe Montageaufgaben und die Anforderungen an Roboterkenntnisse der Programmierenden zu reduzieren.

Im entwickelten Konzept wird ein intuitiver Demonstrationsansatz zur Vereinfachung der Programmierung der Montageaufgaben verwendet. Anstelle von konventionellen Ansätzen werden die Montageaufgaben durch Vorführung der Aufgaben ins Roboterprogramm eingegeben. Die Vorführung wird bei der sogenannten „Programmierung durch Demonstration“ ohne den Einsatz eines physikalischen Robotersystems abgeschlossen. Um einen solchen Ansatz zu realisieren, muss die Mensch-Maschine-Interaktion beim Programmieren, inklusive der Eingabe- und Rückmeldung des Benutzers, und der Bedienung der Benutzeroberfläche, so intuitiv und einfach wie möglich gestaltet werden. Daher werden Gesten zur Eingabe verwendet. Zur Rückmeldung werden die zu programmierenden Montageaufgaben durch Augmented Reality räumlich in 3D angezeigt. So kann die Programmierung ortsflexibel und intuitiv durchgeführt werden. Die Benutzeroberfläche in der AR-Umgebung wird durch den Anwender selbst für die virtuelle Montageplanung angepasst. Damit können die Montageaufgaben einfach und schnell erstellt oder reproduziert werden. Die Demonstrationsumgebung wird mit den geometrischen Modellen der Produkte und deren Montagedaten erstellt.

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Die Informationen werden direkt aus dem Produktentwicklungsprozess in Form von CAD-Daten übernommen. Hierzu kommen Standardaustauschformate, wie zum Beispiel STEP, zum Einsatz. Nach dem Datenimport wird die Montageaufgabe anhand des digitalen Modells durchgeführt. Der Arbeiter führt den Montageprozess in der AR-Umgebung aus. Die Erfahrungen des Arbeiters fließen dadurch direkt in die Montageplanung ein. Anschließend erfolgt eine Segmentierung des aufgenommenen Montageprozesses in Teilschritte und die Erstellung einer exportfähigen Aufgabensequenzdatei. In der generierten Aufgabensequenzdatei sind ein durch das Erfahrungswissen des Mitarbeiters bereits optimierter Montageprozess, sowie alle relevanten Daten zur automatischen Erstellung des Roboterprogrammes enthalten. Die automatische Erstellung des Roboterprogrammes erfolgt auf Basis einer Prozessbibliothek und verwendet vordefinierte Templates, die für den eingesetzten Roboter optimiert sind. Auftretende Ungenauigkeiten bei der Erkennung der Montagebewegungen werden durch einen Sicherheitsabgleich mit den CAD-Daten beseitigt. Das generierte Roboterprogramm wird in der AR-Umgebung simuliert, durch einen Experten validiert und freigegeben. Nur freigegebene Programme werden von der Robotersteuerung ausgeführt. Dadurch kann eine durchgängige Sicherheit gewährleistet werden.

Mit dem entwickelten Ansatz wird die Flexibilität des Robotereinsatzes erhöht. Auch werden der Aufwand und die Komplexität in der Roboterprogrammierung reduziert.

Das entwickelte Programmierkonzept wurde auf einen Demonstrator umgesetzt, der die Montageaufgaben ausführt. Beim Bedienen des Demonstrators kann der Benutzer einen Roboter für Montageaufgaben selbstständig programmieren, indem er die virtuellen Komponenten einer Baugruppe manuell bewegt und zusammensetzt. Dies hilft dem Benutzer dabei, die Roboterprogramme intuitiv und schnell zu erzeugen und die Nachteile der herkömmlichen Programmiersysteme werden vermieden.

Wenchao Zou, Marlon Lehmann/as


Lehrstuhl Automatisierungstechnik an der BTU Cottbus-Senftenberg © BTU Cottbus-Senftenberg

Kurz erklärt:Der Lehrstuhl Automatisierungstechnik
Der Lehrstuhl Automatisierungstechnik an der BTU Cottbus-Senftenberg bearbeitet seit der Berufung von Prof. Dr.-Ing. Ulrich Berger im Jahre 2001 Aufgaben in Forschung und Lehre zu Planung, Programmierung und experimenteller Validierung automatisierter Produktionssysteme.
Die Arbeitsschwerpunkte liegen im modellbasierten Steuerungsentwurf, der simulationsgestützten Konzeption und prototypischen Entwicklung robotergestützter Maschinen und Anlagen sowie der interdisziplinären Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Mensch und Maschine im betrieblichen Umfeld.


MHI e.V. © MHI e.V.

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: www.wgmhi.de.

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