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Roboter künftig ohne Zaun

Februar 2019 — Kommt man ihnen zu nahe, stellen sie die Arbeit ein. Sonst bestünde Verletzungsgefahr. Roboter arbeiten deshalb im Käfig. Hand-in-Hand-Zusammenarbeit mit Menschen ist kaum möglich, wird aber zunehmend gebraucht. Das neue Projekt „Autark“ forscht an Lösungen.

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MRK ist das Kürzel für Mensch-Roboter-Kollaboration. Mit dem Aufbau eines Demonstrators am Bremer Institut für Produktion und Logistik (BIBA) an der Universität Bremen haben die Forschungen nun Fahrt aufgenommen. In dem zweijährigen Projekt „Autonomes Assistenzsystem zur Unterstützung von MRK-Montageprozessen“ (Autark) arbeiten neben dem BIBA die Partner Pumacy Technologies als Koordinator, Block Transformatoren-Elektronik und Arend Prozessautomation zusammen. Das Vorhaben hat einen Gesamtumfang von 1,9 Mio. Euro und wird mit knapp 1,3 Mio. Euro gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

So erfordert die Montage von Transformatoren einerseits manuelle Feinarbeit. Andererseits müssen Bauteile wie Spulen mit einem Gewicht bis zu 27 kg und Transformatorenbleche für den bis zu 160 kg schweren Kern präzise gehandhabt und ohne Beschädigungen verbaut werden. Gewichte, die für die Mitarbeiter auf Dauer belastend sind oder nicht ohne Kran bewegt werden dürfen. Hier könnte ein körpernah arbeitender Roboter helfen, die körperlich anstrengenden oder ergonomisch ungünstigen Belastungen sowie den zeitlichen Aufwand auf ein Mindestmaß zu reduzieren.

Insbesondere für Roboter mit mittleren Traglasten besteht Bedarf nach größeren Kollaborations-Graden, das heißt nach einer Minimierung des Sicherheitsabstands zwischen Mensch und Roboter. Bislang ist dies überwiegend nur bei Robotern mit geringen Traglasten möglich. Eine Herausforderung hierbei ist auch das Erfüllen der Sicherheitsanforderungen an kollaborierende Robotersysteme. Es fehlen generalisierte und zertifizierte Ansätze, die basierend auf neuen Sensorkonzepten sowie der Fusion und intelligenten Verarbeitung geeigneter Sensordaten eine Zusammenarbeit mit Industrierobotern ermöglichen. Außerdem werden derartige Daten bislang nur selten für eine kontextbezogene Unterstützung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter oder deren Qualifizierung sowie Fort- und Ausbildung genutzt.

Autonom, körpernah, sensorbasiert und systemneutral

Aufgabe in dem Projekt ist es, ein autonomes, körpernahes, sensorbasiertes und systemneutrales MRK-Assistenzsystem für die Montage zu entwickeln. Es soll Prozesse innerhalb verschiedener Anwendungsfälle besonders in klein- und mittelständischen Unternehmen (KMU) vereinfachen und die MRK in der industriellen Montage wirtschaftlich nachhaltiger gestalten. Das Assistenzsystem soll zu weniger Unterbrechungen in Montageprozessen führen und so Kosten reduzieren.

Die Projektpartner wollen dazu beitragen, Hürden in KMU zur Einführung von MRK-Systemen abzubauen und manuelle Montageprozesse aufzuwerten. „Durch unsere Entwicklung sollen die Arbeitsbedingungen an ergonomisch ungünstigen Arbeitsplätzen verbessert und die Zusammenarbeit mit Robotern bereits von der Ausbildung an gefördert werden“, sagt BIBA-Forscher und -Projektleiter Aaron Heuermann.

Neue Art von Assistenzsystemen

In dem Projekt wird das Potenzial dieser neuen Art von Assistenzsystemen im Hinblick auf Flexibilität, kognitive Entlastung, Ergonomie und Sicherheit exemplarisch an Anwendungsfällen erprobt, evaluiert und demonstriert – etwa bei der Montage von Transformatoren während des Produktionsprozesses und für das Schweißen mechanischer Bauteile in der Schweißerinnen- und Schweißer-Ausbildung. Die Arbeit des BIBA in dem Vorhaben beinhaltet die Entwicklung einer autonomen körpernahen Sensorik sowie einer roboter- beziehungsweise maschinennahen Sensorik, die in einem Sensorframework fusioniert werden und so die Mensch-Roboter-Kollaboration in der Montage ermöglichen.

Sowohl der Mensch als auch die Maschine werden mit Sensoren ausgestattet, die Daten aus dem Arbeitsprozess an das System liefern. Dieses verarbeitet die Daten mithilfe intelligenter Algorithmen (Künstliche Intelligenz) und liefert sicherheitsrelevante und unterstützende Informationen zurück. Das Assistenzsystem lernt also permanent dazu (maschinelles Lernen). Dank dieses Systems kann der Roboter seine Bewegungsabläufe ohne Unterbrechung des Produktionsprozesses anpassen und verharrt in einer Gefahrensituation ad hoc im Stillstand, so dass Gefährdungen der Menschen ausgeschlossen werden. So wird es möglich, den Roboter aus seinem Käfig herauszuholen und ihn direkt mit den Monteurinnen und Monteuren zusammenarbeiten zu lassen.

Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH (BIBA)
Hochschulring 20
28359 Bremen
Ansprechpartner ist Klaus-Dieter Thoben
Tel.: +49 421 218-50000
tho@biba.uni-bremen.de
www.biba.uni-bremen.de

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