AdhocMRK – Ad hoc integrierbare kollaborierende Robotersysteme für teilautomatisierte Montageprozesse

Das Projekt AdhocMRK ist ein vom Kompetenzzentrum Mittelstand (KME) gefördertes Projekt mit einer Laufzeit von zwei Jahren (01.01.2019 – 31.12.2020).  Hierbei wird die Entwicklung eines hochflexiblen ad hoc einsetzbaren Robotersystems beabsichtigt, welches ohne größere Vorbereitungsmaßnahmen an beliebigen Stellen in eine vorhandene teilautomatisierte Produktions- oder Fertigungslinie integriert werden kann. Die Hierzu nötige Einrichtung soll durch einen Einsteller ohne tiefer gehende Programmierkenntnisse und ohne individuelle Sicherheitszertifizierung erfolgen. Hierfür kann der Einrichter aus einer Liste vorgefertigter Grundfunktionen ein Rezept für den individuellen Einsatzfall erzeugen. Diese Grundfunktionen sind für sich sicher und ermöglichen durch die Ergänzung sicherheitstechnischer Anforderungen an das gesamte System den flexiblen Einsatz der Roboterzelle an verschiedenen Arbeitsplätzen ohne dabei eine individuelle Sicherheitszertifizierung durchzuführen. Das Robotersystem soll zudem mit einem User-Interface (UI) aus Sprache, optischen und akustischen Signalen ausgestattet werden, um eine natürliche Kommunikation zwischen Werker und Roboter zu erlauben.

Motivation

Die Fertigung und Montage hochwertiger mechatronischer Produkte im bayerischen Mittelstand ist häufig von hohem Variantenreichtum und somit von geringer Losgröße gekennzeichnet. Dies stellt extrem hohe Anforderungen an die Flexibilität in der Montage und geht daher mit einem hohen Einsatz von Personal einher. Zur Aufrechterhaltung und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit am Produktionsstandort Bayern ist eine Erhöhung des Automatisationsgrads zur Kostenreduktion notwendig.

Der Einsatz kollaborierender Roboter, welche direkt zur Erledigung einzelner Teilaufgaben in sonst weitgehend manuellen Montagelinien eingebunden werden können, bietet die Möglichkeit, das Flexibilitätspotential des Menschen optimal auszuschöpfen und gleichzeitig durch eine schrittweise Erhöhung des Automatisationsgrads Montagezeit, Personal und damit Kosten einzusparen.

 

Diese spezifische Situation in mittelständischen Unternehmen stellt sehr hohe Anforderungen an die Flexibilität, die einfache Programmier- bzw. Einrichtbarkeit und an die Sicherheit eines solchen Robotersystems.

Zielsetzung

Dieses Forschungsvorhaben verfolgt das Ziel, ein hochflexibles, ad hoc integrierbares System für kollaborierende Roboter zum Einsatz in teilautomatisierten Montagelinien zu entwickeln.

Der Roboter soll bei Bedarf flexibel an beliebigen Stellen in eine vorhandene Linie integriert werden können und dort, möglicherweise auch nur phasenweise, einzelne Montageschritte übernehmen. Solche Montageschritte sind beispielsweise Handlingstätigkeiten, wie etwa das Aufnehmen und Zureichen von Teilen, das Einlegen in eine Vorrichtung oder einen Montageträger und einfache Prüfschritte, bei denen ein Teil in einen Prüfautomaten eingelegt und wieder entnommen wird.

Die Programmierung und Einrichtung des Roboters stellt auf Grund der geforderten hohen Flexibilität bei kleinen Losgrößen eine besondere Herausforderung dar. Ziel ist es, diese so zu gestalten, dass sie von einem Einrichter bzw. Vorarbeiter ohne besondere Programmierkenntnisse in wirtschaftlich akzeptabler Zeit durchgeführt werden kann. Der Einrichter soll hierzu aus einer Liste vorgefertigter Grundoperationen ein Montagerezept für den jeweiligen individuellen Einsatzfall erstellen können, welches dann durch maschinelles Lernen, gegebenenfalls ergänzt durch einige manuelle Einlernschritte, automatisiert zu einem funktionierenden Ablauf ergänzt wird. Das Robotersystem wird hierzu mit geeigneter Sensorik ausgestattet.

Das Robotersystem soll mit einem User-Interface (UI) aus Sprache, Gesten, optischen und akustischen Signalen ausgestattet werden, welches eine, bis zu einem bestimmten Komplexitätsgrad, natürliche Kommunikation zwischen den Werkern und dem Roboter erlaubt. Über dieses UI kann der Roboter mit dem Werker in der Line bestimmte definierte Informationen austauschen. Dies sind beispielsweise Störungen, Gefährdungssituationen oder etwa auch, wenn ein Teil nicht passend ausgerichtet ist oder außerhalb der Reichweite liegt und deshalb nicht gegriffen werden kann. Auch der Werker soll mit dem Roboter interagieren können, z.B. um den Arbeitsablauf des Roboters zu starten, zu stoppen, oder um die Geschwindigkeit zu ändern. Auch manuelle Einlernschritte sollen über dieses Interface getriggert werden.

 

Eine besondere Herausforderung ist das Sicherheitskonzept, da sich die Arbeitsbereiche von Mensch und Roboter überschneiden und ein gleichzeitiges Arbeiten von Roboter und Werker möglich sein muss. Hierzu wird ein normkonformes Sicherheitskonzept entwickelt.

Ergebnisse und Nutzen

Die produzierenden Unternehmen des bayerischen Mittelstands benötigen flexible und leicht in bestehende und bewährte Montagelinien integrierbare Automatisierungssystem. Das im Rahmen dieses Forschungsvorhabens entstehende Konzept bietet den Unternehmen diese Möglichkeit. Insbesondere Unternehmen, welche hochwertige und variantenreiche Produkte in teil- oder nichtautomatisierten Linien fertigen, können von den Ergebnissen direkt profitieren.

 

Die hier entwickelten Methoden zur Strukturierung von Montagetätigkeiten in einzelne, in sich sichere und qualifizierte Grundoperationen, aus denen schnell flexible individuelle Fertigungsrezepte erstellt werden können, lassen sich zudem leicht auf andere Anwendungsfälle übertragen. Zentraler und neuer Baustein sind dabei die Funktionen zum Selbstlernen der von den Grundoperationen benötigten Parametern und das dazugehörige UI.

Industriepartner

Industrielle Partner dieses Projektes sind die Firmen Dehn & Söhne GmbH, Wieland Electric GmbH, Wöhner GmbH & Co. KG, Swoboda, Robominds GmbH, Universal Robots GmbH, Schaeffler Technologies AG & Co. KG.