Projekte

Die Projekte des Netzwerkes können in Umsetzungs- und Forschungsprojekte eingeteilt werden. Da die Realisierung kollaborierender Roboteranwendungen im Schwerlastbereich einen besonderen Fokus unserer FuE-Tätigkeiten darstellt, möchten wir den Umsetzungsprojekten einen besonderen Stellenwert einräumen. Die folgene Übersicht stellt einen kleinen Ausschnitt aktueller und abgeschlossener FuE-Projekte dar.


Projekt SHAREWORK

Das Sharework-Projekt stattet ein industrielles Arbeitsumfeld mit der notwendigen "Intelligenz" und den Methoden für die effektive Einführung der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) aus. Das Projekt entwickelt ein modulares Software- und Hardwaresystem, das in der Lage ist, die Umgebung und die menschlichen Handlungen durch Wissen und Sensoren, Vorhersagen über zukünftige Zustände, intelligente Datenverarbeitung, erweiterte Realität sowie Gesten- und Spracherkennungstechnologie zu verstehen, damit der Roboter menschliche Barrieren überwinden und eine effektivere Zusammenarbeit gewährleisten kann. 

Das IWU Fraunhofer Institut entwickelt im Rahmen des Projekts SHAREWORK:

  • ein dynamisches Planungstool für Mensch-Roboter-Applikationen, welches eine schnelle und flexible Risikobeurteilung und Implementierung von Safety Funktionen ermöglicht
  • ein System zur Echtzeit-Ergonomiebewertung auf Basis eines markerlosen Motion-Tracking-Systems für die kontinuierlichen Bewertung der Körperhaltung von Mitarbeitern am Industriearbeitsplatz zur  mitarbeiterindividuellen und flexiblen Egonomiebewertung direkt auf dem Shop Floor.

Die entwickelten Methoden und Technologien werden in Unternehmen der Automobil-, Eisenbahn-, Metall- und Investitionsgüterindustrie validiert.

Um mehr über Sharework zu erfahren, besuchen Sie sharework-project.eu!

Projekt gefördert durch:


Realisierung einer MRK Anlage bei Geberit Lichtenstein GmbH

Im Fokus des MRK Einsatzes bei Geberit in Lichtenstein stand die Verbesserung der ergonomischen Situation für die Mitarbeiter. Im ursprünglich manuellen Prozess mussten Mitarbeiter die lackierten Rahmen von einem Hängegestell entnehmen, Montageaufgaben durchführen und den fertig montierten Rahmen abschließend in einen bereitgestellten Sonderladungsträger einsortieren. Die spezielle Herausforderung der Mitarbeiter bestand darin, die schweren, montierten Rahmen in verdrehter Körperhaltung und ungünstiger Arbeitshöhe in den Ladungsträger einzusortieren.

Als MRK-Lösung wurden die einzelnen Arbeitsschritte zwischen Mensch und Roboter aufgeteilt, wobei beide Akteuere ihre jeweiligen Stärken ausspielen können. Die Mitarbeiter entnehmen den Rahmen von der undefinierten Hängeposition und erledigen die Montageaufgaben mit Fingerspitzengefühl und situativem Verständnis. Der Roboter hingegen kann seine Kraft, Ausdauer und Präzision nutzen um die montierten Bauteile in die bereitgestellten Behälter zu stapeln. Das Ergebnis ist eine schutzzaunlose Teamarbeit zwischen Mensch und Kollege Roboter, welche eine wirtschafltiche und ergonomische Bereicherung für das Unternehmen und die Mitarbeiter darstellt.

Im Ergebnis hat das Konsortium gemeinsam eine Realisierung in nur sechs Monaten - ausgehend von der Idee bis zur betriebsbereiten Übergabe der Produktionsanlage - erreicht.

Ergebnis Feinanalyse
Ergebnis des Planungsprojektes

Projektkonsortium:

50% Taktzeiteinsparung

Entlastung der Mitarbeitenden


Sichere Erkennung und Kontextuierung des menschlichen Verhaltens in komplexen Industrieumgebungen

Herausforderung

In der heutigen Zeit sind die Arbeitsplätze von Maschine und Menschen (im Besonderen von Industrierobotern) aus Sicherheitsgründen aber nach wie vor räumlich getrennt. Durch den Einsatz von mechanischen Schutzeinrichtungen werden kostbare Arbeitsflächen verbaut und unnötige Materialwege in Kauf genommen. Zur Vermeidung derartiger Einschränkungen soll die Fabrik der Zukunft ohne derartige Hindernisse bzw. mechanische Schutzmaßnahmen auskommen. Es gilt, den Arbeitsplatz des Menschen so in die Fertigungslinie zu integrieren, dass ein effektiver Prozessablauf gewährleistet ist. Der Arbeiter soll sich ohne Einschränkungen bewegen und seiner Tätigkeit nachgehen.

Vision und Projektziel

Der Wegfall von mechanischen Sicherheitseinrichtungen wie Schutzzäunen verlangt den Einsatz von neuartigen Sensorkonzepten und Analysemethoden, welche die Sicherheit des Menschen zu jedem Zeitpunkt gewährleisten und den Prozessablauf so effizient wie möglich gestalten.

Ziel des Verbundvorhabens "Sichere Erkennung und Kontextuierung des menschlichen Verhaltens in komplexen Industrieumgebungen" ist die Entwicklung einer Technologie, die es ermöglicht, die Anwesenheit des Menschen in komplexen Arbeitsumgebungen fehlersicher unter Zuhilfenahme einer Bewertung des menschlichen Verhaltens zu erkennen. Anhand dieser Informationen soll der Mensch von anderen dynamischen, menschenähnlichen Objekten in einer komplexen Fertigungsumgebung sicher unterschieden werden.

Projektkonsortium:

Projekt gefördert durch:


Von der Angst zum Vertrauen: 3D Interaktion zwischen Mensch und Roboter im industriellen Raum (3DIMiR)

Die Vision

Über die Entwicklung hoch innovativer Ansätze hinaus ist das Fraunhofer IWU Schirmherr zukunftsweisender Technologien und besetzt eine internationale Vorreiterrolle im Bereich kollaborierender Industrierobotik-Anwedungen. Neben den mittelfristigen Zielen verfolgt das Fraunhofer IWU vor allem eine Vision: die Zusammenarbeit mit autonomen Industrierobotern gesellschaftsfähig zu machen – der Mensch arbeitet im Schulterschluss mit dem Roboter. Hierfür bedarf es vor allem dem Abbau von Ängsten und Vorbehalten gegenüber unbekannten Technologien bei gleichzeitigem Aufbau von Akzeptanz und Vertrauen – eine Herausforderung, die den facettenreichen Zusammenschluss interdiszipilärer Expertisen bedarf.

Das Projekt

Gemeinsam mit 10 Partnern unter der Leitung des Fraunhofer IWU ist es Zielstellung des Projektes, die Akzeptanz gegenüber Industrierobotern und das Vertrauen der menschlichen Bediener zu steigern. Dazu soll das menschliche Stressempfinden während der Interaktion mit Industrierobotern objektiv gemessen werden. Folglich können Indikatoren für Stress (Stressoren) frühzeitig erkannt und Arbeitsplätze in Zukunft so gestaltet werden, dass diese erst gar nicht auftreten – ein präventiver Ansatz. Verschiedene Interaktionsschnittstellen, wie etwa Sprachen-, Gesten- oder Kraftsteuerung ermöglichen dabei eine intuitive und einfache Kommunikation mit dem Roboter - wie mit einem Kollegen.

Schaubild der Projektziele von 3D IMiR

Zielstellungen

  • Objektivierung von Angst bei der Zusammenarbeit mit industriellen Schwerlastrobotern
  • Nachweis von Zusammenhängen zwischen Roboterparametern und Angstverhalten des Menschen
  • Gestaltungsrichtlinien für industrielle Arbeitsplätze von Morgen – gemeinsam mit Schwerlastrobotern
  • Anforderungen an kommunizierende Systeme zur Reduktion von Angst
  • Verbund: 10 Partner, davon 6 industrielle Partner und 4 FuE-Partner
  • assoziierter Partner: Opel
  • Gesamtbudget: 1,7 Mio. €
  • Laufzeit: ca. 2 Jahre

Veröffentlichungen im Rahmen des Projektes:

  • Saxen,F., Handrich, S., Werner, P., Othman,E.,  Al-Hamadi,A (2019): Detecting Arbitrarily Rotated Faces For Face Analysis, 26th IEEE International Conference on Image Processing (ICIP)
  • S. Handrich, L. Dinges, F. Saxen, and A. Al-Hamadi (2019): Simultaneous Prediction of Valence / Arousal and Emotion Categories in Real-time.  I n IEEE International Conference on Signal and Image Processing Applications (ICSIPA), 2019
  • Bdiwi, M.; Winkler, L.; Putz, M. (2018): Enhanced robot control baed on mental states: Toward full-trust interaction between humans and industrial robots. International Conference on intelligent robots and systems (Madrid) (Poster).
  • Handrich, S.; Waxweiler, P.; Werner, P.; Al-Hamadi, A. (2018): 3D human pose estimation using stochastic optiization in real time. 25th IEEE International Conference on Image Processing (ICIP).

Projektkonsortium:

Projekt gefördert durch:


Übergabe zwischen Mensch und Roboter

Zuverlässige Erkennung und effiziente Strategien

Die wohl wichtigste Interaktionsform zwischen Mensch und Roboter ist die Übergabe. Sie ist Voraussetzung für eine Vielzahl an Prozessen in Alltag, Service und Industrie. Um sichere und effiziente Übergabe-prozesse zu ermöglichen, wurden am Fraunhofer IWU eine Reihe innovativer Entwicklungen getätigt: Die kamerabasierten Methoden und Systeme sind Grundlage für eine schnelle und zuverlässige markerlose Erkennung von Menschen, Objekten und deren Status. Aus den gesammelten Informationen berechnen intelligente Algorithmen optimale Strategien für die Übergabe unter Berücksichtigung aller relevanten Randbedingungen. D.h. der Roboter spielt eine aktive Rolle und wird nicht warten. So ergeben sich bisher unmögliche Interaktionenformen ohne Teaching und zusätzlichen Programmieraufwand. Sprechen Sie uns an, um Ihre Vision der Mensch-Roboter-Kollaboration umzusetzen.

Vorteile intelligenter Übergabesysteme in Pflege und Entertainment.

  • Sicherheit durch zuverlässige Sensorik und Algorithmen
  • Effizienz durch den Wegfall von Teaching und Programmierung
  • Systemunabhängige Hard- und Software
  • Branchenübergreifend einsetzbar

Beispiel Pflege

Entlastung von Personal und Steigerung der Qualität in der Pflege, Dank innovativer autonomer Systeme. Durch die von uns entwickelte sichere Übergabe, können unterstützende Prozesse, wie die Versorgung mit Medikamenten, Nahrung oder sonstigen Gegenständen, Realität werden.

Beispiel Entertainment

Entwickeln Sie mit uns völlig neue Interaktionsformen zwischen Robotern und Besuchern, Gästen, und Kunden. Egal ob Entertainment-Parks, Conventions, Messen u.Ä.: Gestalten Sie mit uns intuitive roboterbasierte Demonstratoren, die begeistern und die Grenzen der Technologie erweitern.


Menschliche Bewegungsvarianz

Untersuchung der menschlichen Bewegungsvarianz bei Zusammenarbeit mit einem Roboter zur Absicherung von MRK-Prozessen in der Planungssimulation

Ziel des Projektes ist es, die Varianz des menschlichen Bewegungsverhaltens bereits während der Planung und Dimensionierung von MRK-Anlagen in der Planungssoftware ema zu berücksichtigen. So können die Prozesse nicht nur sicherer, sondern zugleich effizienter gestaltet werden, da der Roboter weniger oft in den Nothalt versetzt wird. Weiterhin soll auf Grundlage der Bewegungsvarianz des Menschen das Sicherheitskonzept für MRK-Anlagen abgeleitet werden.

Die Varianz des menschlichen Bewegungsverhaltens wird dabei einerseits in der Schwankung des Gelenkwinkelverlaufs (bspw. des Hüftwinkels, siehe Abbildung rechts) beschrieben. Andererseits spielt der eingenommene Laufweg des Menschen in der MRK eine große Rolle (Abbildung rechts). Durch die wahrscheinlichkeitshinterlegte Beschreibung des Raumes, welcher in MRK-Prozessen durch den Menschen bspw. beim Laufen eingenommen wird, kann eine alternative Roboterbahn mit gleichem Start- und Zielpunkt abgeleitet werden, welche eine geringere Kollisionswahrscheinlichkeit aufweist.

Um die Varianz des menschlichen Bewegungsverhaltens beschreiben zu können, ist es notwendig, das reale Bewegungsverhalten des Menschen mithilfe Probanden zu untersuchen.

Laufweg des Menschen und angepasste Roboterbahn

Projektkonsortium:

Projekt gefördert durch:


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.