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Von Industrie 4.0 zu MRK 4.0 – mit Video

MRK – Von der Forschung in die Anwendung

| Autor/ Redakteur: Heike Leonhard / Andrea Gillhuber

Der nächste Schritt in der Kollaboration von Menschen und Robotern ist deren unmittelbare Zusammenarbeit. Wie diese auch unabhängig vom Ort vonstattengehen kann, zeigt Mixed Reality Production 4.0.

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Die intelligente Mensch-Roboter-Kollaboration (iMRK) ermöglicht die gefahrlose Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.
Die intelligente Mensch-Roboter-Kollaboration (iMRK) ermöglicht die gefahrlose Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.
(Bild: Volkswagen AG)

Industrielle Produktionsprozesse haben einen hohen Detaillierungsgrad und unterliegen einer Vielzahl von Bedingungen, Spezifikationen und Einschränkungen. Dies gilt in besonders hohem Maß, wenn Menschen und Roboter zusammen an einem Prozess beteiligt sind. Die „klassischen“ robotischen Kollegen sind zwar vielfältig einsetzbar, führen aber lediglich die Arbeitsschritte durch, für die sie programmiert wurden. Außerdem können Menschen und Roboter aus Sicherheitsgründen aktuell nur in strikt voneinander getrennten Bereichen arbeiten. Möchte man das Produktionsziel ändern – zum Beispiel, weil changierende Märkte andere Fertigungsvarianten verlangen – zieht dies zumindest die Umstellung der Produktionsstraße, wenn nicht des ganzen Prozesses und die Neuprogrammierung des Industrieroboters nach sich.

Industrie 4.0 und Robotik

All das macht Produktionsprozesse schwerfällig und starr, kurzfristige Anpassungen zeitaufwendig und teuer. Ein Prozess, der flexibel und rentabel die Herstellung eines Produkts in vielen Varianten bei geringen Stückzahlen erlaubt, müsste während der laufenden Produktion deutlich anpassbarer sein.

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Seit mehreren Jahren forscht das DFKI an unterschiedlichen Szenarien, Technologien und Systemen, die den industriellen Produktionsprozess neu und besser gestalten können. Den Auftakt machte das Zukunftskonzept Industrie 4.0, das die Selbstorganisation der Produktion durch die Vernetzung über cyberphysische Systeme zum Ziel hat. Auf dem Weg zum hoch individualisierten Produkt, das beispielsweise als Auto mit frei konfigurierbaren Ausstattungsmerkmalen nachgefragt wird, ist die Ablösung der getakteten Produktion am Fließband durch die modulare Montage, bei der Menschen und Roboter gefahrlos Hand in Hand zusammenarbeiten, ein nächster Schritt. Die technologischen Voraussetzungen dafür sind fahrerlose Transportsysteme, künstliche Intelligenz für die Fertigungssoftware und Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK).

Einfache Transportaufgaben übernehmen Roboter bereits, was zeitraubende und lästige Arbeitsschritte einspart. Programmierbare, mobile und vernetzte Transportroboter sind am Markt verfügbar und auch für KMU erschwinglich. Nachdem die rollenden Plattformen eine Karte ihres Einsatzgebietes erstellt haben, finden sie sich in dynamischen Umgebungen zurecht und tragen oder ziehen Lasten von A nach B. Da sie dank ihrer multimodalen Sensorik, bestehend aus Scanner, 3D-Kameras und Ultraschall, zuverlässig Hindernissen ausweichen, können sie zusammen mit anderen mobilen robotischen oder auch menschlichen Kollegen in dynamischen Arbeitsumgebungen agieren. Werkstücke finden so ihren Weg direkt zum nächsten Arbeitsschritt, ohne eine ganze Fließbandstrecke durchlaufen zu müssen.

Mensch-Roboter-Kollaboration vor Ort

Der nächste Schritt in der Kollaboration von Menschen und Robotern ist deren unmittelbare Zusammenarbeit. Eine wichtige Aufgabe dabei ist, die richtige Organisation der Teamarbeit zwischen Mensch und Roboter zu finden, sodass menschliche und künstliche Intelligenz optimal zusammenwirken. Gegenstände zum richtigen Zeitpunkt anreichen und übergeben können Menschen sehr gut, weil sie gleichzeitig eine holistische Vorstellung der Arbeitsergebnisse haben und das Timing der einzelnen Arbeitsschritte und -abläufe kennen. Roboter brauchen eine dynamische Fortschrittsplanung, um im konkreten Einzelfall das richtige Werkzeug zum richtigen Zeitpunkt mit der richtigen Geschwindigkeit und im richtigen Winkel anzureichen. Die dafür geeigneten Leichtbauroboter bringen zwar weniger Kraft auf als ihre industriellen Kollegen, sind aber mit ihrem humanoiden Ausweichverhalten qualifiziert, um tatsächlich Hand in Hand mit dem Werker zu arbeiten.

Neben den Ausstattungsmerkmalen des Roboters, wie der „intelligenten Haut“ (eine Außenschicht mit integrierten Sensorsystemen, die die Maschine bei Fremdkontakt sofort stoppt) ermöglichen dies vor allem Softwaresysteme. Wie dies gelingen kann, hat das DFKI zusammen mit Volkswagen im Projekt iMRK (intelligente Mensch-Roboter-Kollaboration) untersucht. Dafür haben die Kooperationspartner einen handelsüblichen Roboter und Sensoren so über Software integriert, dass das System die direkte und enge Kollaboration von Mensch und Maschine erlaubt. Dabei entstand ein System, das in der Lage ist, dank einer sensorübergreifenden Umgebungserfassung eine kollisionsfreie Dual-Arm-Manipulation in einem geteilten Mensch-Roboter-Arbeitsraum durchzuführen. Die Steuerung des Roboters, die auf der am DFKI Robotics Innovation Center entwickelten modularen und herstellerunabhängigen Softwarearchitektur „Rock“ basiert, erfolgt dabei intuitiv mittels einfacher Gesten: Ein Handzeichen genügt und der Roboter hält inne. Ein weiterer Wink und die Maschine setzt ihre Arbeit fort oder reicht Bauteile und Werkzeug an. Sobald sich der Mensch dem Arbeitsbereich des Roboters nähert, ohne ihm einen Hinweis zu geben, reduziert die Maschine ihr Arbeitstempo selbstständig und weicht aus.

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