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Intelligente Autonome Systeme

Neuer Roboterarm fürs Handwerk und die Industrie

| Redakteur: Carina Schipper

Schwer heben, stark zupacken, lange halten – diese Aufgaben stellen die Beschäftigten schon mal vor eine Herausforderung. Das könnte sich in Zukunft ändern: Forscher der TU Darmstadt entwickeln zusammen mit Partnern einen selbstlernenden Roboterarm, welcher den Menschen zur Hand geht.

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In einem ersten Praxisversuchen gelang es Mensch und Maschine, gemeinsam einen Stuhl zusammenzubauen.
In einem ersten Praxisversuchen gelang es Mensch und Maschine, gemeinsam einen Stuhl zusammenzubauen.
(Bild: Katrin Binner/TU Darmstadt)

Der neuartige Roboterarm soll erfahrenen Fachkräften kraftraubende und sich stupide wiederholende Bewegungen abnehmen, so dass das qualifizierte Personal im Unternehmen vor allem sein Know-how und seine Kreativität einsetzen kann. In dem EU-Projekt „3rd Hand“ erforscht und entwickelt ein Konsortium Grundlagen der semi-autonomen Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Dort engagiert sich auch ein TU-Team um Professor Jan Peters vom Fachgebiet Intelligente Autonome Systeme im Fachbereich Informatik. Die Forscher arbeiten auf ein klares Ziel hin: Die Maschine soll sich etwas vom Menschen abschauen können. Der Roboterarm soll Abläufe durch Nachahmung und menschliche Anleitung lernen können, heißt es. Hierfür kodiert der technische Helfer einzelne Bewegungseinheiten als sogenannte Movement Primitives, generalisiert sie und führt sie aus. Dadurch kann der Roboter Bewegungsabläufe, die er einmal wahrgenommen hat, an verschiedene Situationen selbst anpassen, ohne dabei den Charakter der Bewegung einzubüßen. In einer Schreinerei könnte der Roboter einem Mitarbeiter beispielsweise schwere Teile anreichen, auch wenn Teil und Mitarbeiter dabei nicht immer exakt am gleichen Ort stehen.

Die dritte Hand denkt mit

Um entscheiden zu können, wann und wie der Roboter Menschen unterstützen kann, ist es außerdem notwendig, die gewünschte Interaktion mit dem Menschen in die Bewegungseinheit einzubeziehen. Sobald der Mitarbeiter ein bestimmtes Werkzeug in die Hand nimmt, weckt er die Aufmerksamkeit seines Maschinen-Kollegen. Der Roboter kann dann beispielsweise den Bewegungsablauf „Teil anreichen“ unaufgefordert starten. Die Forscher des Fachgebiets Intelligente Autonome Systeme der TU Darmstadt entwerfen hierfür neue, interaktive Bewegungseinheiten: die Interaktionsprimitive.

Bis jetzt benötigt ein Roboter, wenn er eine neue Aufgabe beherrschen soll, noch ein kostspielige Neuprogrammierung. Durch die natürliche Interaktion mit Fachkräften, wollen die Entwickler diesen Prozess abschaffen. Das sucht auch hier nach neuen Methoden: So wird zum Beispiel ein vollständig demonstrierter Arbeitsablaufs automatisch unterteilt. Die dadurch entstehenden Einzelbewegungen landen in einer für den Roboter verständlichen und wiederverwendbaren „Bewegungsdatenbank“. Fachkräfte könnten intuitiv – durch einfaches Zeigen von Abläufen – programmieren und Roboter als dynamische und anpassungsfähige Arbeitshilfen nutzen, so die Projektverantwortlichen. Der Schwerpunkt der Darmstädter liegt dabei auf der Optimierung der Bewegungskontrolle. Einen ersten Test haben die Methoden, die der Armkontrolle zugrunde liegen, erfolgreich bestanden: Bei der ersten Zwischenevaluation konnte der Arm dabei helfen, einen kleinen Ikea-Stuhl zusammenzubauen. Heute sind Roboter meist statisch und vor allem in großen Fabriken für immer gleiche Bewegungsabläufe ohne direkten Kontakt mit Menschen im Einsatz. Als dynamische, lernfähige „Dritte Hand“ wäre Roboterunterstützung auch für europäische Mittelständler interessant, äußern sich die Informatiker über die Zukunft des intelligenten Arms. Die Roboter könnten dann die Fertigung individueller Produkte in kleiner Serie wieder rentabel machen und der Abwanderung in Billiglohnländer entgegenwirken.

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