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Ein mobiler Manipulator hält Maschinen selbstständig fit

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Das Ablaufszenario der roboterbasierten Instandhaltung

Nach Beauftragung durch das Wartungssystem fährt der mobile Roboter mittels Navigation per Laserscanner sein bekanntes Ziel an der Wartungsöffnung der Anlage grob an und positioniert sich anhand von Markern präziser. Um Safety-Vorgaben einzuhalten, bringt der Roboter einen klar erkennbaren Safety-Tag an. Dieser warnt das Personal, dass die Anlage derzeit gewartet wird und Vorsicht geboten ist. Über die Perzeptions-Skills prüft der Roboter, in welchem Zustand die Maschine ist und welche Schritte einzuleiten sind. Falls keine Softwareschnittstelle vorhanden ist, erfolgt die Interaktion über das Bedien-Interface der Anlage. Dabei nutzt der Roboter den Stift und bearbeitet damit den Touchscreen, um etwa laufende Prozesse zu unterbrechen oder eine Tür zu entriegeln (Bild 3).

Bild 3: Gibt es keine Software-Schnittstelle, kann der mobile Manipulator zur Maschinenwartung auch User Interfaces mit einem Stift bedienen.(Bild: Fraunhofer-IPA)
Bild 3: Gibt es keine Software-Schnittstelle, kann der mobile Manipulator zur Maschinenwartung auch User Interfaces mit einem Stift bedienen.
(Bild: Fraunhofer-IPA)

Beim Drücken von Buttons auf einem Touchscreen muss die Unsicherheit der Bildverarbeitung hinsichtlich der genauen Bildschirmposition berücksichtigt werden. Um den Bildschirm nicht zu beschädigen und gleichzeitig den Button mit einer bestimmten Kraft zu betätigen, wird eine Kraftregelung durch Kraftüberwachung orthogonal zum Bildschirm eingesetzt. Zwar wäre eine passive Feder im Stift eine mögliche Alternative, jedoch lässt sich dann keine spezifische Kraft anwenden, weil der Federweg unbekannt ist. Die finale Bestätigung, ob der Knopfdruck erfolgreich war, erfolgt durch die Bildverarbeitung. Bei einem Fehler wird ein erneuter Versuch unternommen – eventuell mit einer geringen Positionskorrektur aufgrund der Bildverarbeitungsdaten.

Ist die Anlage im definierten Zustand, wird sie geöffnet. Bevor eine Tür geöffnet wird, erfolgt ein kraftgeregelter Test, ob sich diese auch öffnen lässt. Sollte die Verriegelung noch aktiv sein, wird diese Information an den Behaviour Tree gemeldet, um eine Türentriegelungsprozedur zu starten. Während des Öffnens erfolgt eine geschwindigkeitsgeregelte Bewegung entlang der Bewegungsachse der Tür. Dabei werden orthogonale Kräfte auf null geregelt, bis eine festgelegte Kraft in Bewegungsrichtung erreicht wird. Das dient dazu, Unsicherheiten der Bildverarbeitung auszugleichen. Ein kleiner Fehler in der Markererkennung kann nämlich zu einer erheblichen Abweichung in der Bewegungsachse führen. Danach erfolgt dann beispielsweise der Tausch eines Bauteils unter Nutzung von Skills zur Bauteilerkennung, Greifpunktbestimmung und Greifplanung.

Das Zukunftsszenario für den innovativen Manipulator

Im kommenden Projektjahr wird das Szenario um weitere Maschinentypen vergrößert, für die bestehende, wiederverwendbare Skills neu parametriert oder neue generische Skills entwickelt werden. Um den Einrichtungsaufwand zu reduzieren, werden Maßnahmen aus dem Bereich „Lernen durch Vormachen“ und augmentierter Nutzerinterfaces zum Einsatz kommen, die bei der Parametrierung der Skills unterstützen. Zudem werden reaktive Verhaltensweisen im Behaviour Tree implementiert, um unerwartete Situationen besser handhaben zu können. (pk)

* M. Sc. Jochen Lindermayr ist Projektleiter am Fraunhofer-IPA. Ph.D. Kisa Predrag ist Senior Research and Development Engineer bei der Intel Corporation.

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