ABB Forschungszentrum Schulter an Schulter mit einem Roboter arbeiten

Redakteur: Sariana Kunze

Das Forschungsprojekt "ROSETTA" beschäftigt sich mit agilen Montageprozessen mittels einer Mensch-Roboter-Kollaboration. Für ein sicheres und flexibles Arbeiten muss sich der Mensch allerdings in der direkten Nähe eines Roboters wohlfühlen - dies gilt nach Forschungsergebnissen des ABB Forschungszentrums nur mit menschenähnlichen Roboterbewegungen.

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Das Produktionsszenario sieht vor, dass Roboter und menschliche Arbeitskräfte nebeneinander und miteinander arbeiten oder kollaborieren.
Das Produktionsszenario sieht vor, dass Roboter und menschliche Arbeitskräfte nebeneinander und miteinander arbeiten oder kollaborieren.
(ABB)

Die zunehmende Zahl von industriell gefertigten Konsumgütern erfordert ein hohes Produktionsvolumen. ABB entwickelt daher - gemeinsam mit weiteren Partnern - im EU-geförderten Forschungsprojekt „ROSETTA“ ein zukunftsfähiges Konzept für skalierbare und agile Montageprozesse. „ROSETTA“ ist ein Akronym für „Robot control for skilled execution of tasks in natural interaction with humans“ (dt.: Robotersteuerung für die qualifizierte Ausführung von Montageaufgaben in natürlicher Interaktion mit Menschen).

Grundsätzlich sind Roboter die Systeme der Wahl zum Aufbau flexibler Fertigungslinien. Um aber den neuartigen Anforderungen gerecht zu werden, müssen sie schnell an neue Montageabläufe angepasst werden können und in kurzer Zeit die volle Produktionskapazität erreichen. Für eine skalierbare Montage müssen Roboter einfach in eine manuelle Produktionslinie integriert werden können, da die Kombination von menschlichen Arbeitskräften und Robotern die größte Flexibilität verspricht. In diesem Szenario werden schwierig zu automatisierende Aufgaben weiterhin manuell ausgeführt, während Operationen mit einem geringen Automatisierungsaufwand oder hohen Qualitätsanforderungen von Robotern erledigt werden.

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Fertigungsindustrie hält die Roboter momentan in Käfigen

Das Konzept für die Programmierung der eingesetzten Roboter geht weg von der klassischen prozeduralen Definition von Bewegungsbefehlen. Hier ist das beim Programmierer vorhandene Applikationswissen unzugänglich für andere im Programmcode „versteckt“. Statt dessen werden Werkzeuge entwickelt, die eine intuitive Programmierung von Montagesequenzen durch die explizite Definition von Montageschritten ermöglichen. Der Programmcode wird aus den eingegebenen Montagebefehlen generiert und kann zur Validierung sofort simuliert werden. Die explizit vorhandene Kenntnis der Montageschritte ermöglicht darüber hinaus die Anwendung von selbst lernenden Algorithmen zur Optimierung der Produktion und schnellen Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit.

Das Produktionsszenario sieht vor, dass Roboter und menschliche Arbeitskräfte nebeneinander und miteinander arbeiten oder kollaborieren. Das System muss daher durch geeignete Maßnahmen die Personen- und Gerätesicherheit gewährleisten. Neben der Konstruktion des Roboters und dessen Steuerung sind das vor allem Überwachungsfunktionen, die kontinuierlich eine Risikoabschätzung der Arbeitssituation vornehmen und gegebenenfalls Stopp- oder Ausweichmanöver initiieren. Diese Risikoabschätzung setzt die Kenntnis quantitativer Sicherheitskriterien voraus, die nach dem aktuellen Stand der Technik noch nicht bekannt sind. Wichtige Teile der Forschungsarbeit beschäftigen sich daher mit der Klassifizierung von Gefährdungspotenzialen durch den Kontakt zwischen Roboter und menschlicher Arbeitskraft. Durch Simulationen von Mensch-Roboter-Kontakten mit Finite-Elemente-Methoden wird das Verletzungsrisiko für alle Kontaktkonfigurationen ermittelt, anschließend in Messaufbauten verifiziert und steht somit der Sicherheitssteuerung zur Verfügung.

Stressniveau steigt bei typischen Roboterbewegungen

Neben der Gewährleistung der körperlichen Unversehrtheit spielt die Frage der Akzeptanz des Roboters in der Montagelinie durch eine menschliche Arbeitskraft eine weitere wichtige Rolle. Durch die Analyse menschlicher Bewegungen wurde ein Algorithmus zur Planung von Roboterbewegungen entwickelt. Dieser Algorithmus gibt für jede Position des Greifers eine dazugehörige, menschenähnliche Lage des Ellenbogengelenks vor und ermöglicht so die Ausführung der Roboterbewegungen auf gefällige Art. Tests mit Versuchspersonen haben gezeigt, dass dadurch signifikant geringere Stressniveau erreicht werden können, wie Messungen von Elektrokardiogrammen (EKG) und Elektromyogrammen (EMG) belegen.

Die entwickelten Engineering- und Produktionsmethoden erschließen eine Vielzahl von neuen Anwendungsgebieten für kollaborierende Roboter in skalierbaren und agilen Montageprozessen. Ein umfassendes Verständnis und die Modellierung von Mensch-Roboter-Kontakten ist ein wichtiger Teil des Konzepts. Die theoretischen und experimentellen Untersuchungen sollen zu quantitativen Sicherheitskriterien führen, mit dem Ziel, zukünftige Normen zur Mensch-Roboter-Kollaboration zu erstellen und so der Fertigungsindustrie zu helfen, das Potenzial von skalierbaren Produktionslinien in vollem Umfang zu nutzen.

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