Dynamische Sicherheitskonzepte

Die Zukunft der Produktion wird effizienter wenn sie intelligent ist - sie wird smart. Mensch und Maschine kommen sich dabei immer näher, sie werden Kollegen und arbeiten eng zusammen als hybrides Produktionssystem - sie werden so das optimale Team. Doch Sicherheit und Kontrolle bleiben beim Menschen, dem die Maschine dient. Effizienz braucht Intelligenz und der Mensch braucht die Maschine. Beides braucht Akzeptanz durch Sicherheit, bei höchster Prozessgeschwindigkeit.

Die verlinkten Videos zeigen unsere Ansätze zur effizienten Umsetzung von Mensch-Roboter-Kollaboration, an denen das Fraunhofer IWU gemeinsam mit Partnern aus dem CTC Netzwerk forscht.

3D-Arbeitsraumüberwachung

Um MRK Prozesse möglichst effizient zu gestalten, hat das Fraunhofer IWU vier unterschiedliche Level der Kooperation zwischen Mensch und Roboter eingeführt. Im Video werden die Charakteristiken der unterschiedlichen Level vorgestellt. Durch die jeweilige Aufgabe wird dabei das benötigte MRK-Level charakterisiert, woraus sich unterschiedliche Anforderungen an Arbeitsbereiche, Sensorik und Roboteraktorik ableiten. Für jeden Anwendungsfall können somit die benötigten hard- und softwareseitigen Komponenten abgeleitet werden, damit Roboter und Menschen sicher und effizient zusammenarbeiten können.


Virtual Reality Mensch Roboter Kollaboration

Anhand einer Virtual Reality Anwendung werden in diesem Video verschiedene Arbeitssituationen für die jeweiligen MRK Level vorgestellt. Dabei können unterschiedliche industrielle Szenarien durch den Träger der VR-Brille "erlebt" werden, wie z.B. die unterschiedlichen Arbeitsbereiche von Mensch (grün) und Roboter (rot) sowie die Systemreaktion sobald der Mensch den Arbeitsbereich des Roboters betritt. Durch das virtuelle Erleben kann Vertrauen zwischen Mensch und Roboter aufgebaut werden, indem die realen Reaktionen bereits virtuell erlebt wurden. Das Tool soll demnächst zur Schulung von Werkern anhand eines virtuell nachgebauten realen Arbeitsplatzes genutzt werden.


Hybride Online Bahnanpassung

Die im Video gezeigte „Hybride Online Bahnanpassung“ ermöglicht die situative Übergabe unbekannter Objekte zwischen Mensch und Roboter. Dafür wird der Werker bei Betreten des Arbeitsraums durch Sensoren erfasst. Die Arbeitsraumüberwachung generiert dynamische Schutzzonen um den Roboter, welche sich mit den Roboterbewegungen verschieben.
Für jeden Werker können individuelle Parameter, wie etwa die Arbeitshöhe, eingestellt werden. Nach Autorisierung des Mitarbeiters wird der Prozess gestartet. Die Position der Hand eines Mitarbeiters wird durch Bildverarbeitung bestimmt und die optimale Übergabeposition ermittelt. Eine Übergabe findet bei Aufmerksamkeit des Werkers durch Blickkontakt mit dem Roboter innerhalb der Kooperationszone mit sicherer Arbeitsgeschwindigkeit statt. Um den optimalen Greifpunkt für die Übergabe eines Objektes von Mensch zu Roboter zu ermitteln, findet eine 3D-Erfassung des Bauteils mit gleichzeitiger Detektion möglicher Greifflächen statt. Bei beiden Übergaberichtungen detektiert ein Kraft-Momenten-Sensor über veränderte Haltekräfte die Übergabebereitschaft.


Dynamische Echtzeitbahnanpassung

In diesem Video wird die „Dynamische Bahnkorrektur für MRK-Anwendungen“ dargestellt. Hierbei findet eine Lokalisierung des Werkers im Arbeitsraum mittels 3D-Kamerasensor statt. Auf Grundlage der erfassten Sensorinformationen wird in Echtzeit eine Bahnkorrektur des Roboters ausgeführt. Dafür werden durch dynamische Schutzbereiche auch die auftretenden Nachlaufwege eines Roboters berücksichtigt, um die Sicherheit von Personen zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten. Durch das fortlaufende Tracking des Werkers werden Stillstandzeiten durch Umfahren des Werkers vermieden und eine dynamische Optimierung von Arbeits- und Schutzbereichen erreicht.


Gestensteuerung von Industrierobotern

Das Video zeigt die Möglichkeit auf, den Roboter intuitiv mittels unterschiedlicher Gesten zu bedienen. Dafür wird die Bewegung des Werkers mittels eines Motion Tracking Systems erfasst, wodurch der Roboter gesteuert wird. Angezeigte Richtungen können vom Roboter angefahren werden und eine Anzahl von Gesten, wie etwa die Befehle „komm“ und „stopp“, werden erkannt und ausgeführt. Die dargestellte Gestensteuerung kann zum Einrichten einer neuen Roboterbahn genutzt werden und gilt als Möglichkeit des "Teaching for NonExperts", was die Akzeptanz industrieller Roboter weiter steigern soll.


Situatives Greifen komplexer Bauteile

Um den Umgang mit geometrisch komplexen Bauteilen zu erleichtern, kommt das im Video gezeigte „Situative Greifen“ zum Einsatz. Behälterinhalte werden durch Streifenlichtprojektion digitalisiert und den Bauteilen wird mittels CAD-Matching ein repräsentatives Geometrieelement zugeordnet. Anhand dieser Daten wird die optimale Greifstrategie für das am besten zu greifende Bauteil ermittelt. Dieses Bauteil wird kollisionsfrei durch eine automatisch generierte Roboterbahn entnommen. Eine Kopplung mit dem Konzept für direkte Kooperation zwischen Mensch und Roboter ist ebenfalls möglich.