Flexible Inbetriebnahme roboterbasierter Montagesysteme durch Prozessdemonstration
von Christian EckerIn einem dynamischen Marktumfeld mit hoher Produktvariantenvielfalt stehen produzierende Unternehmen vor der Herausforderung, wirtschaftliche Betriebspunkte in ihren Produktionssystemen zu finden. Besonders in der automatisierten Montage mit roboterbasierten Anlagen fehlen geeignete Methoden, um Montageaufgaben flexibel an neue Anforderungen anzupassen.
Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel, ein intuitiv bedienbares Interaktionsverfahren für Montagemitarbeiter zu entwickeln, durch das automatisierte Montageabläufe holistisch eingelernt werden können. Der Ansatz verzichtet auf die Verwendung steuerungsspezifischer Programmierverfahren. Stattdessen wird eine prozess- bzw. aufgabenorientierte Sicht auf die Steuerungsaufgabe ermöglicht, die an das Domänenwissen des Bedieners anknüpft. Die zum Einlernen verwendete Interaktion wendet das Konzept des „Programmierens durch Vormachen“ bzw. Programming by Demonstration (PbD) an.
Die realisierte Interaktionsschnittstelle besteht aus einer Kombination von Bewegungs- und Greifsensorik sowie Bildverarbeitung, durch die der Bediener während der Montagedemonstration erfasst wird. Sensordaten werden für ein interaktionsparalleles Tracking der Bedienerhandlungen und darauf aufbauend zur Wiedererkennung definierter Montagegrundmuster genutzt. Durch die unmittelbare visuelle Rückmeldung erkannter Montageschritte resultiert eine direkte Feedbackschleife, die es Bedienern ermöglicht, Abläufe zu validieren und Prozessparameter iterativ anzupassen.
Die Interpretation der Sensordaten basiert auf einem Multiagenten-Ansatz sowie einer ereignisgesteuerten Architektur. Zum Informationsaustausch nutzen die implementierten Agententypen ein vorgeschlagenes Kommunikationsprotokoll. Durch den offen und generisch gestalteten Informationsfluss wird eine Erweiterbarkeit um weitere Montagefunktionen und Sensoriken ermöglicht.
Es wird die Anwendung und Validierung des Konzeptes anhand einer Demonstrationsanlage gezeigt, die über ein flexibel programmierbares Robotersystem und flexibel bzw. universell nutzbare Funktionsmodule zur Montage verfügt. Weiterhin wird eine Integration des Interaktionsverfahrens im Rahmen eines umfassenden Engineering-Überbaus beschrieben.
Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel, ein intuitiv bedienbares Interaktionsverfahren für Montagemitarbeiter zu entwickeln, durch das automatisierte Montageabläufe holistisch eingelernt werden können. Der Ansatz verzichtet auf die Verwendung steuerungsspezifischer Programmierverfahren. Stattdessen wird eine prozess- bzw. aufgabenorientierte Sicht auf die Steuerungsaufgabe ermöglicht, die an das Domänenwissen des Bedieners anknüpft. Die zum Einlernen verwendete Interaktion wendet das Konzept des „Programmierens durch Vormachen“ bzw. Programming by Demonstration (PbD) an.
Die realisierte Interaktionsschnittstelle besteht aus einer Kombination von Bewegungs- und Greifsensorik sowie Bildverarbeitung, durch die der Bediener während der Montagedemonstration erfasst wird. Sensordaten werden für ein interaktionsparalleles Tracking der Bedienerhandlungen und darauf aufbauend zur Wiedererkennung definierter Montagegrundmuster genutzt. Durch die unmittelbare visuelle Rückmeldung erkannter Montageschritte resultiert eine direkte Feedbackschleife, die es Bedienern ermöglicht, Abläufe zu validieren und Prozessparameter iterativ anzupassen.
Die Interpretation der Sensordaten basiert auf einem Multiagenten-Ansatz sowie einer ereignisgesteuerten Architektur. Zum Informationsaustausch nutzen die implementierten Agententypen ein vorgeschlagenes Kommunikationsprotokoll. Durch den offen und generisch gestalteten Informationsfluss wird eine Erweiterbarkeit um weitere Montagefunktionen und Sensoriken ermöglicht.
Es wird die Anwendung und Validierung des Konzeptes anhand einer Demonstrationsanlage gezeigt, die über ein flexibel programmierbares Robotersystem und flexibel bzw. universell nutzbare Funktionsmodule zur Montage verfügt. Weiterhin wird eine Integration des Interaktionsverfahrens im Rahmen eines umfassenden Engineering-Überbaus beschrieben.