AutARK

Cluster: Robotik

Autonomes Assistenzsystem zur Unterstützung von MRK-Montageprozessen

Kurzsteckbrief
Im Projekt AutARK wird ein autonomes Assistenzsystem für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) in der Montage entwickelt. Das System besteht aus verschiedenen Sensoren und einem Framework, das die Sensordaten verarbeitet. Systemunabhängig kann es an bestehende Robotik-Einheiten angeschlossen werden. Das Assistenzsystem gewährleistet die Sicherheit des Menschen und ermöglicht zudem dessen Entlastung in ergonomisch ungünstigen Arbeitssituationen. Außerdem kann das System zu Schulungszwecken genutzt werden.

Ausgangslage
Damit Menschen und Roboter direkt zusammenarbeiten können, müssen die Roboter aus ihren Schutzzonen hinaus- und hinter den Schutzzäunen hervorkommen, die sie jahrzehntelang aus Sicherheitsgründen umgaben. Daraus resultiert ein Bedarf an neuen, innovativen Schutzvorkehrungen, damit Kollisionen vermieden werden. Benötigt werden dafür zum Beispiel Sensorkonzepte, die flexibel in die bestehenden Montagelinien und weitgehend unabhängig von bestimmten Robotertypen eingesetzt werden können. Großes Potenzial bieten sogenannte körpernahe Assistenzsysteme für den Menschen. Sie bestehen aus Sensoren, die etwa in Kleidungsstücke integriert werden, und ermöglichen nicht nur eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration – der Mensch kann zusätzlich in seinem Arbeitsprozess inhaltlich und qualitativ unterstützt werden. Die Analyse der Sensordaten kann zur Vermittlung eines besseren Prozessverständnisses eingesetzt werden, zum Erlernen von Detailwissen sowie zur kognitiven Entlastung.

Ziel
Im Projekt AutARK werden innovative Lösungsansätze und Technologien der Mensch-Roboter-Kollaboration erprobt und auf ihre Marktfähigkeit in Montage- und Qualifizierungsanwendungen in der Industrie geprüft. Zielgruppe sind insbesondere produzierende und ausbildende Betriebe in Deutschland. Ziel ist es, eine ergonomisch optimierte MRK-Anwendung zu entwickeln, die auf der Fusion verschiedener Sensordaten basiert. Sie soll neben der unterstützenden Funktion zusätzlich eine interaktive Kompetenzentwicklung im Rahmen halbautomatischer Montage- und Qualifizierungsprozesse ermöglichen.
In die Kleidung integrierte Sensoren erfassen permanent den Standort und die Bewegungen des Menschen. Diese Informationen werden mit den Daten aus weiteren Sensoren und der Robotersteuerung fusioniert, also zusammengeführt. Die dezentral über die Sensoren und die Robotersteuerung gewonnenen Daten werden miteinander aggregiert und im AutARK-Sensor-Framework verarbeitet. Das System steuert dann auf Basis der Daten autonom die angeschlossene Robotik-Einheit an, also etwa einen Roboterarm. Dies geschieht in Echtzeit, um eine funktional-sichere Mensch-Roboter-Kollaboration zu ermöglichen.
Eine wesentliche Innovation der Projektidee besteht darin, dass sich das Verhalten des Roboters an die Arbeitssituation des Menschen anpasst. Dazu gehören der konkrete Arbeitsprozess und die Umgebungsbedingungen, aber auch Faktoren wie die Körpergröße des mit dem System arbeitenden Menschen. Darüber hinaus soll der Mensch in seiner Tätigkeit qualitativ unterstützt werden, etwa durch eine Rückmeldung des Systems, ob die jeweilige Tätigkeit angemessen ausgeführt wurde. Besonderer Wert wird bei der Entwicklung auf zwei Faktoren gelegt: Die funktionale Sicherheit des Systems – sodass auch im Fehlerfall keine Gefahr vom Roboter ausgeht – und die Systemunabhängigkeit. Durch die angestrebte Systemunabhängigkeit soll die Lösung auch in anderen industriellen Anwendungsfeldern eingesetzt werden können.

Praktische Anwendung
Das zu entwickelnde System wird in zwei Szenarien erprobt. Im ersten Szenario geht es um die Entlastung der Mitarbeiter bei der Montage von Transformatoren mit einem Gewicht bis zu 50 kg. Diese Tätigkeit ist geprägt von manuellen Prozessen, die sich größtenteils nicht automatisieren lassen. Ziel ist die MRK-unterstützte Durchführung dieses Prozesses unter Einhaltung ergonomischer Anforderungen. Mitarbeiter sollen dadurch entlastet und gleichzeitig eine altersunabhängige langfristige Beschäftigungsmöglichkeit an bisher ergonomisch nicht optimalen Arbeitsplätzen geschaffen werden. Im zweiten Szenario geht es um die MRK-unterstütze Ausbildung von Schweißern. Hier steht die interaktive Kompetenzentwicklung im Vordergrund. Zielgruppe sind Auszubildende, Fachkräfte und Meister, die im Schweiß-Prozess unterstützt und angeleitet werden sollen.

Konsortium
Pumacy Technologies AG (Konsortialführer), Arend Prozessautomation GmbH, BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH, BLOCK Transformatoren-Elektronik GmbH