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EU-Projekt Valeri

Mobiler Roboter macht im Flugzeugbau die Mensch-Maschine-Kollaboration vor

| Redakteur: Sariana Kunze

Die Luftfahrtindustrie macht es vor: Mit dem EU-Projekt Valeri haben europäische Forscher und ihre Partner aus der Industrie gezeigt, dass mobile Manipulatoren, also fahrbare Industrieroboter, gut Seite an Seite mit dem Menschen zusammenarbeiten können. In dem Projekt tragen Roboter beispielsweise Dichtmasse auf den Flugzeugrumpf auf oder prüfen Flugzeugbauteile.

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v.l. José Navarro, IDPSA, und José Saenz vom Fraunhofer IFF prüfen, wie der mobile Industrieroboter Valeri das Dichtmittel auf ein Flugzeugbauteil aufgebracht hat.
v.l. José Navarro, IDPSA, und José Saenz vom Fraunhofer IFF prüfen, wie der mobile Industrieroboter Valeri das Dichtmittel auf ein Flugzeugbauteil aufgebracht hat.
(Kuka)

Koordiniert vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg wollten die Experten insbesondere die Aufgaben in der Produktion automatisieren, die die Gesundheit des Menschen gefährden oder die sehr monoton und körperlich anstrengend sind. Auch Aufgaben im Flugzeugbau, die durch viele Fertigungsschritte hindurch immer wiederkehren, sollen zukünftig von einem einzelnen mobilen Roboter ausgeführt werden. Ersetzen sollen die Roboter die Fachkräfte nicht, sondern sie entlasten, ihnen assistieren und sie bei ihren Aufgaben unterstützen. In dem Valeri-Projekt (Validation of Advanced, Collaborative Robotics for Industrial Applications) haben die Forscher die technischen Voraussetzungen dafür geschaffen, dass Mensch und Roboter nebeneinander arbeiten können. Am Beispiel des Auftragens der Dichtmasse am Flugzeugrumpf und beim Prüfen von Bauteilen haben sie am Airbus-DS-Standorte in Sevilla damit bewiesen, dass zukünftig Zäune und andere Schutzeinrichtungen aus den Produktionsstätten verschwinden können.

Mit zweitem Prüfsensor allgemein einsetzbar

Menschen und Roboter arbeiten dann direkt nebeneinander, vielleicht sogar an demselben Bauteil und sind dennoch voneinander unabhängig. Mit dem Einbau eines zweiten Prüfsensors in dem Valeri-Robotersystem haben die Projektpartner darüber hinaus gezeigt, dass sich das System auch in anderen Fertigungsprozessen des produzierenden Gewerbes im Allgemeinen einsetzen lässt. Am Valeri-Projekt sind die industriellen Anwendern Airbus DS und FACC, dem Hersteller von Industrierobotern Kuka Robotics, dem Systemintegrator IDPSA und den Forschungspartnern Profactor und Prodintec beteiligt. Das Projekt wird durch die Europäische Kommission im RP7 “Fabriken der Zukunft” mit rund 3,6 Mio. Euro gefördert.

Großbauteile werden heute an einer feststehenden Fertigungszelle in der Produktion von Menschen bearbeitet. Über mehrere Tage hinweg montieren und prüfen Arbeitskräfte die Bauteile in mehreren Schichten. Spezialisierte, stationäre Robotersysteme sind in einem solchen Produktionsumfeld nicht wirtschaftlich. Das soll sich zukünftig ändern: Ein mobiler Roboter kann ähnliche Aufgaben an mehreren Arbeitsplätzen übernehmen. Deshalb benötigt das ValeriI-System höhere Flexibilität im Vergleich zu traditionellen stationären Industrierobotern.

Drei Aufgaben im Flugzeugbau

Das Projekt hat sich auf drei exemplarische Aufgaben konzentriert: das Auftragen der Dichtmasse entlang einer Nut, das Kontrollieren im Anschluss und das Prüfen geflochtener CFK-Bauteile. Während die ersten zwei Anwendungen eng miteinander verbunden sind, hat das Valeri Konsortium eine dritte Anwendung ausgewählt, um die allgemeine Flexibilität des Systems zu zeigen. Der Roboter ist in der Lage, Werkzeuge zu wechseln. Dazu lässt sich die Programmierung zur Ausführung von völlig neuen Prozessen schnell und intuitiv vornehmen.

Zu Beginn des Projekts hat Kuka einen schon vorhandenen omniRob-Roboter so angepasst, dass seine Reichweite für das Spektrum der vorgesehenen Aufgaben geeignet ist. Beispielsweise ergänzten die Experten die Plattform durch eine drehbare, vertikale Linearachse, sodass der komplette Roboter zwölf Freiheitsgrade und eine menschenähnliche Reichweite besitzt. Die Koordinierung eines solch hyperredundanten Systems zur Abstimmung aller Bewegungen - echte mobile Manipulation - war notwendig, damit der Valeri-Roboter sich intuitiv programmieren lässt und seine Aufgaben erfüllen kann. Das Arbeitsraumüberwachungssystem besteht aus einem Tiefenbildsensoren mit drei Stereokamerapaaren vom Fraunhofer IFF. Es erfasst die Bewegung des Werkzeugs und legt ein virtuelles Schutzfeld um diesen Bereich. Bewegt sich nun ein Mensch oder ein Objekt in dieses Schutzfeld, hält der Roboter an und vermeidet eine Kollision. Die IDPSA-Experten entwickelten ein Werkzeug zum Auftragen der Dichtmasse und integrierten es die Robotersteuerung. Damit kann das Auftragen der Dichtmasse eng mit der Geschwindigkeit und Orientierung des Roboters abgestimmt werden. Entlang der gekrümmten und flachen Bahnen wird die Dichtmasse deutlich besser aufgetragen. Die Forschungseinrichtung Prodintec integrierte nach Anpassungen ein Kamera-basiertes Werkzeug für die Bauteilortung. Die Kamera erfasst 3D-Punktwolken und kann mit einer CAD-Matching-Software die Bauteile erkennen und orten. Somit kann Valeri die Bauteile, die teilweise auf Rollen stehen und nicht immer in der gleichen Position in der Fabrik stehen, lokalisieren und bearbeiten. Weiterhin entwickelte und integrierte die Firma Profactor zwei weitere Werkzeuge, mit denen der Valeri-Roboter die Dichtmasse und die geflochtenen CFK-Bauteileprüfen kann.

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