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Das Fraunhofer HHI und Volkswagen testen reibungslose Mensch-Roboter-Kollaboration

Forschung am HHI
Fraunhofer HHI und VW testen reibungslose Mensch-Roboter-Kollaboration

Vom Benutzer erkannte Fehler können als 3D-Positionen direkt auf dem Bauteil mittels Finger- und Schweißnaht-Tracking dokumentiert werden. Fraunhofer HHI
Vom Benutzer erkannte Fehler können als 3D-Positionen direkt auf dem Bauteil mittels Finger- und Schweißnaht-Tracking dokumentiert werden.
Bild: Fraunhofer HHI
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Roboter kommen in immer mehr Bereichen zum Einsatz. Meist werden sie dazu eingesetzt, Menschen zu unterstützen, etwa bei belastenden Aufgaben. Doch wie integriert sich ein Roboter in die Arbeitsumgebung – und wie wird er dabei bedient? Das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) zeigt die Vorteile produktiver Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) bei der Überprüfung von Schweißnähten in der Autoindustrie beim Projektpartner VW.

Fehlerfreie Schweißnähte sind im Automobilbau von oberster Priorität. In Zukunft sollen Mensch und Roboter deren Überprüfung übernehmen. Dabei können beide Seiten ihre Vorteile ausspielen: Der Roboter bewegt durch Gesten-Steuerung und Sprachbefehle die Bauteile, der Mensch kann Fehlstellen leicht markieren und protokollieren.

Die Sichtprüfung von Schweißnähten in der Automobilproduktion zeigt, dass MRK funktioniert. In den nächsten Jahren soll sie die Prüfung bei Volkswagen unterstützen.

Vom händischen Prüfprozess zum Industriestandard 4.0

Der Prüfungsprozess läuft seit Jahrzehnten gleich ab. Jedes Bauteil muss händisch in einen Dreh-Positionierer eingespannt werden, damit es von allen Seiten begutachtet werden kann. Oft muss der Mitarbeiter dabei ergonomisch ungünstige Haltungen einnehmen. Zudem ist für diesen aufwändigen Prozess nur eine kurze Zeit vorgesehen, worunter die Begutachtungs-Qualität leidet.

Ein weiteres Problem: Die nicht standardisierte Vorgehensweise erschwert es den Mitarbeitern, aus den Beobachtungen systematische Fehlstellen zu erkennen. Außerdem werden entdeckte Fehler meist nicht protokolliert oder müssen aufwendig in einen Computer eingetragen werden.

Steuerung mit Handgesten auf dem augmentierten Bedieninterface vom Fraunhofer HHI
Das auf das Bauteil und den Arbeitstisch augmentierte Handgesten-Bedieninterface unterstützt bei der Roboter- und Prozesssteuerung. Bild: Fraunhofer HHI

Doch in Zukunft soll alles interaktiver ablaufen. Roboter werden am Sichtprüfplatz die Prüfteile in einer ergonomischen Position halten und bewegen können. Der Roboter besteht aus mindestens sechs Achsen und kann so das Bauteil in alle Richtungen drehen, kippen und verschieben.

Der Mitarbeiter steuert den Roboter mittels Gesten und gibt an, welche Position von Roboter angefahren werden soll. Dadurch kann sich der Prüfer auf die Fehlersuche konzentrieren – und übersieht dadurch weniger Fehlstellen.

Roboter können individuell gesteuert werden

Die vom Fraunhofer HHI entwickelte Middleware koordiniert verschiedene Sensoren, um die Arbeitssituation zu erfassen. Der Greifarm des Roboters kann so individuell auf die Position und die Körper-Gesten des Mitarbeiters reagieren. Dadurch wird zusätzlich die Sicherheit des Menschen gewährleistet.

Der Roboter präsentiert das zu prüfende Werkstück in einer ergonomischen Position. Fraunhofer HHI
Der Roboter präsentiert das zu prüfende Werkstück in einer ergonomischen Position. Bild: Fraunhofer HHI

„Bei der Steuerung des Roboters sind auch individualisierte Eingaben möglich“, berichtet Paul Chojecki, Projektleiter beim Fraunhofer HHI. „Unser neu entwickeltes Perceptual Interface kann personalisierte Gesten und eigene Sprachkommandos erfassen.“ Dadurch könne das System schnell angepasst und der Arbeitsplatz individuell gestaltet werden.

Über Gesten werden auch die Fehler am Bauteil virtuell markiert und mithilfe von Projektoren visualisiert. So werden Qualitäts-Probleme zusätzlich dreidimensional dokumentiert.

Im bisherigen Verfahren findet eine systematische Fehlerdokumentation nicht statt. Mit dem neuen Verfahren können Fehlstellen direkt im Prüfprozess eingegeben und statistisch ausgewertet werden. Systematische Fehlerquellen werden so deutlich schneller sichtbar – das hilft, diese bereits beim Schweißvorgang zu vermieden.

Auf alle Mensch-Roboter-Arbeitsplätze erweiterbar

Die optimierte Middleware kann für weitere MRK-Anwendungen den Durchbruch bedeuten, vermutet das Fraunhofer HHI. Ein weiteres Einsatzfeld könnten etwa Fräsmaschinen sein, aber auch interaktive Assistenzroboter in nicht-industriellen Anwendungen sind denkbar, etwa im Gesundheitswesen oder dem Dienstleistungsbereich. (wag)


Kontakt zum Fraunhofer Institut

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Hansastraße 27 c
80686 München
Tel.: +49 89 1205 0
E-Mail: info@zv.fraunhofer.de
Website: www.fraunhofer.de

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