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VR Den Roboter in der virtuellen Realität warten

Redakteur: Katharina Juschkat

VR-Anwendungen in der Industrie können vielfältig eingesetzt werden, etwa um für Wartungsarbeiten zu trainieren. Das Unternehmen Ecoclean berichtet von seinen Erfahrungen und zeigt, wie das funktionieren kann.

VR-Anwendungen können etwa dabei helfen, komplizierte Wartungsarbeiten zu trainieren.
VR-Anwendungen können etwa dabei helfen, komplizierte Wartungsarbeiten zu trainieren.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Virtual Reality (VR) ist die täuschend echte Simulation dreidimensionaler Räume mit dem Computer und findet längst auch in der Industrie in einigen Bereichen Anwendung. Eine häufige Anwendung ist zu Schulungszwecken – so setzt auch die Ecoclean GmbH seit 2017 eine VR-Anwendung der Technologie Marketing AG (Tema) ein, um Mitarbeiter für Servicearbeiten an komplexen Robotern zu schulen.

Roboterwartung virtuell trainieren

Ecoclean in Monschau bei Aachen entwickelt und fertigt Reinigungsanlagen und Maschinen für die Teilereinigung, hauptsächlich in der Automobilindustrie. Motoren- und Getriebegehäuse etwa werden vor der Montage von Spänen und Verschmutzungen aller Art befreit. Dabei kommen auch Roboter zum Einsatz: So bewegt der Reinigungsroboter Scara in der flexiblen Reinigungszelle Ecocflex 3 die entsprechenden Gehäuse innerhalb der Reinigungskammer. Dieser Manipulator muss unter sehr rauen Bedingungen arbeiten. So werden z.B. für den Reinigungsvorgang bei Temperaturen von bis zu 65°C Chemikalien mit einem PH-Wert zwischen 6 und 10 verwendet. Um die Funktionsfähigkeit dieser Roboter zu erhalten, müssen sie gewartet werden.

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Am Scara sind regelmäßig Ölwechsel und andere Wartungsarbeiten fällig. Robert Pauels, Senior Manager Application Engineering bei Ecoclean erklärt: „Ende 2016 wollten wir eine VR-Lösung als Erweiterung für das Training des verantwortlichen Wartungspersonals.“ Das Ziel: Der Service-Mitarbeiter soll im virtuellen Raum trainieren, was er später am realen Roboter ausführt und mit VR-Brille sowie Controllern virtuell jede einzelne Schraube lösen und wieder festschrauben können.

Aus CAD-Daten werden realistische VR-Modelle

Für diese Anwendung hat Tema eine VR-Lösung entwickelt und sowohl Hard- als auch Software geliefert. Damit die virtuelle Realität nahe an der echten ist, hat Tema aus den CAD-Daten des Roboters ein realistisches VR-Modell des Roboterarms entwickelt. In der virtuellen Realität lässt er sich ebenso wie in Wirklichkeit in allen Freiheiten bewegen.

Besonders anspruchsvoll bei der Konzeptionierung einer VR-Anwendung ist die Gruppierung der einzelnen Elemente: Wenn ein Teil des Roboterarms seine Position ändert, müssen sich die dazugehörigen Schrauben mitbewegen; wenn sich der ganze Arm dreht, müssen alle Gruppen des Arms folgen.

Eine weitere Herausforderung ist die Synchronisation mehrerer Mitarbeiter in ein- und demselben virtuellen Raum. Dabei half eine Software für VR-Spiele weiter: Mithilfe der Unity Enging gelang es den Programmierern, den Import der 3D-Modelle in den virtuellen Raum, die Beweglichkeit der einzelnen Teile und die Synchronisation aller Teilnehmer zu realisieren. Tatsächlich stammen die Technologietreiber bei VR-Anwendungen aus der Games-Branche, erklärt auch Dirk Heidermann, der bei Tema die Entwicklung der VR-Anwendung leitete: „Für alle Anwendungen in der Virtual Reality sind bislang Spiele-Engines am besten geeignet.“

Wie das virtuelle Training funktioniert

Im virtuellen Raum leitet der Instruktor einen Service-Mitarbeiter an. Auch gemeinsames Arbeiten in ganzen Gruppen am Trainingsgerät ist mit der Lösung möglich. Das Programm verhindert, dass zwei Teilnehmer gleichzeitig an der gleichen Schraube drehen – selbst, wenn die Teilnehmer physisch weit voneinander entfernt sind. Die Verbindung funktioniert über Internet, es genügt eine stabile Verbindung, um die nicht sehr datenintensive Befehle zur Steuerung und den Voice Chat der Teilnehmer zu übertragen.

Um das Training realistisch zu gestalten, kann man im virtuellen Raum bei einem Ölwechsel den Getriebedeckel erst dann schließen, wenn auch Öl nachgefüllt wurde. So wird gewährleistet, dass die einzelnen Arbeitsschritte in der richtigen Reihenfolge und vollständig trainiert werden.

Durch die Tracking-Funktion aktueller VR-Systeme kann man sich auf einer definierten Fläche frei bewegen, kann um den Roboter herumgehen. Die anderen im virtuellen Raum Anwesenden, beispielsweise den Trainer, erkennt man an der Darstellung ihres Headsets und der Controller, die sie in den Händen halten.

Anspruchsvolle Hardware nötig

Für eine reibungslose Funktion ist eine saubere Programmierung wichtig. Die Entwickler haben in der objektorientierten Programmiersprache C# programmiert. Durch die Verwendung der gängigen Steuerungssoftware Steam VR kann die Anwendung mit den VR-Brillen HTC Vive oder Oculus Rift genutzt werden.

„Ein Computer neuester Generation mit einer leistungsfähigen Grafikkarte muss es schon sein“, so Dirk Heidermann zu den Anforderungen an die Hardware, „sonst kann es sein, dass die virtuelle Wirklichkeit ruckelt“. Mindestens 90 Bilder pro Sekunde muss der Rechner an jeden der kleinen Bildschirme in der VR-Brille übermitteln, damit der Ausflug in virtuelle Welten zu einer realitätsnahen Erfahrung wird. Bei einer solchen Bildwiederholrate nimmt ein VR-Nutzer zeitgleiche visuelle und taktile Wahrnehmung als harmonisch wahr. Die neueste Generation von VR-Headsets wie die Valve Index unterstützt sogar Bildwiederholraten von 120Hz und mehr und kann schnellste Kopf- und Handbewegungen flüssig wiedergeben.

Fazit: Nicht nur für Training nützlich

Nach drei Jahren im Einsatz zieht Robert Pauels ein positives Fazit: „Wenn wir auf die drei Jahre Einsatz des VR-Tools in unserem Hause schauen: Wir sind sehr zufrieden. Mit der VR-Anwendung können wir spezielle Funktionen des Scara-Roboters und Details seines Designs bereits vor einem ersten physischen Kontakt zeigen. Das ist ein entscheidender Vorteil, wenn es um Effizienz bei Wartungsprozessen in der Produktionsumgebung geht.“ Für den Einsatz haben Servicetechniker vor dem Start ihres recht kostenintensiven Präsenz-Trainings bereits einen realitätsnahen Eindruck von der Wartungsumgebung gewonnen. Wenn sie sich mit der VR-Anwendung in die Wartungsprozesse einarbeiten, haben sie im nächsten Schritt im physischen Kontakt mit der Maschine ein motivierendes Deja-vu-Erlebnis.

Die VR-Anwendung findet bei Ecoclean eine weitere Anwendung: Pauels erklärt: „Unsere VR-Anwendung hat für uns neben den Aufgaben im Trainingsbereich auch eine bedeutende Marketing-Funktion. Wir zeigen unseren Kunden, die einen Reinigungsroboter benötigen und dafür den Scara im Auge haben, dass wir zur Schulung des Wartungspersonals beim Kunden auch VR-Lösungen einsetzen.“ Das komme bei den Kunden gut an, wenn sich die Präsenz-Trainings ihrer Mitarbeiter passgenau mit VR-gestützten Lern-Modulen ergänzen.

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