KoRo: Automatisierte Programmierung kooperativer Industrieroboter (NCT-Initialprojekt)

Die Einsatzfelder von Industrierobotern werden zunehmend komplexer. So werden unter anderem immer häufiger Anwendungen mit mehreren Robotern, die kooperativ zusammen arbeiten, realisiert. Problematisch dabei ist jedoch die ebenso zunehmende Komplexität der Programmierung. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Automatisierte Programmierung kooperativer Industrieroboter“ wird eine Programmierumgebung entwickelt, mit der derartige Anwendungen auf Basis einfacher grafischer Eingaben automatisch programmiert werden können.

Motivation

Beim Schreiben auf einem Klemmbrett bewegt ein Mensch in der Regel nur den Stift. Zwei kooperierende Roboterarme können sowohl den Stift als auch das Brett gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen bewegen, um etwas zu schreiben. So wird die Arbeit zwischen den beiden Robotern aufgeteilt, wodurch der Prozess optimiert werden kann. Genauso können auch viele industrielle Prozesse von zwei Roboterarmen in Zusammenarbeit realisiert werden.

Zielsetzung

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll eine Programmierumgebung entwickelt werden, mit der Anwendungsprogramme von miteinander kooperierenden Industrierobotern auf Basis einfacher grafischer Eingaben automatisch generiert werden. Grundsätzlich soll die Bahnvorgabe durch den Bediener zweidimensional erfolgen. Innerhalb der automatischen Generierung soll dann eine Projektion auf ein dreidimensionales Werkstück möglich sein.

Angestrebte Verbesserungen:

  • Gleichzeitige Bewegungen von Werkstück und Werkzeug
  • Steigerung der Prozessgeschwindigkeit
  • Verbesserte Zugänglichkeit
  • Vereinfachung der Programmierung von kooperierenden Industrierobotern

Ansatz

Die Programmgenerierung basiert auf einem 3D-Modell des Werkstückes und bestimmten Eingaben durch den Bediener. Dieser muss lediglich Eingaben, wie Parameter oder eine zweidimensionale Skizze des Pfades, vorgeben. Im nächsten Schritt wird die Skizze auf die Bauteiloberfläche projiziert, woraus ein räumlicher Bahnverlauf resultiert. Unter Berücksichtigung von Randbedingungen, z.B. die Orientierung des Werkzeugs mit Bezug auf die Werkstückoberfläche, wird der Bahnverlauf in Bewegungen für die beiden Roboter aufgeteilt. Schließlich erstellt der Generator zwei Roboterprogramme, die in ihren Bahnen und zeitlich aufeinander abgestimmt sind.

Ablauf für die automatische Programmgenerierung.

Anwendungsbezug

Als Referenzprozess soll das Auftragen von Klebe- und Dichtmassen realisiert werden. Hierfür wird eine Klebstoffdosiereinrichtung in die Roboterzelle integriert. Für die Umsetzung werden die folgenden zentralen Aufgaben realisiert:

  • Aufbau der Roboterzelle
  • Erstellung einer intuitive Benutzeroberfläche
  • Aufnehmen und Scannen von individuellen Bauteilen
  • Generierung von kooperativen Roboterprogrammen
  • Umsetzung kooperativer Applikationsprozesse

Ergebnisse

Die Roboterzelle für dieses Projekt wurde komplett neu aufgebaut. Im Zentrum der Zelle stehen zwei KUKA KR AGILUS Sixx Industrieroboter, deren Steuerungen gekoppelt sind. Mit dem größeren Arbeitsaufwand verbunden sind jedoch die zahlreichen weiteren Teileinrichtungen, die für den erwünschten Prozess benötigt werden. Hierunter fallen z.B. die Applikationseinrichtung für den Klebstoff, ein Werkzeugwechselsystem oder die für den Werkstücktransfer benötigten Komponenten.

Vor der Erzeugung der Roboterprogramme soll das Werkstück möglichst exakt erfasst werden, um für individuelle Werkstücke präzise Prozesse zu ermöglichen. Hierzu wurde ein 3D-Scan-System basierend auf den beiden kooperierenden Roboterarmen realisiert. Dabei wurden diverse Kalibrierungsverfahren für das System und die verwendeten Sensoren erarbeitet. Zudem erfolgte eine Erweiterung des Systems um Farbinformationen (Sensorfusion: Lasersensor-Kamera). Basierend auf den erzeugten 3D-Modellen wurden bereits erste kooperative Roboterprogramme erzeugt und erfolgreich getestet.

Veröffentlichungen

Wagner, Maximilian; Heß, Peter; Reitelshöfer, Sebastian; Franke, Jörg: 3D Scanning of Workpieces with Cooperative Industrial Robot Arms, Proceedings of the 47th International Symposium on Robotics (ISR 2016), Berlin, Germany: VDE-Verlag, 2016, pp. 431-438.

Wagner, Maximilian; Heß, Peter; Reitelshöfer, Sebastian; Franke, Jörg: Self-Calibration Method for a Robot Based 3D Scanning System. In: Proceedings of 2015 IEEE 20th Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA 2015), IEEE, Piscataway, NJ, ISBN: 978-1-4673-7928-1.

Wagner, Maximilian; Heß, Peter; Reitelshöfer, Sebastian; Franke, Jörg: Data Fusion between a 2-D Laser Profile Sensor and a Camera. In: Proceedings of the 12th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO 2015), SCITEPRESS, Portugal, ISBN: 978-989-758-122-9.

Wagner, Maximilian; Heß, Peter; Reitelshöfer, Sebastian: Automated programming of cooperating industrial robots. In: Proceedings of the 41st International Symposium on Robotics (ISR/Robotik 2014), VDE, Munich, Germany, ISBN: 978-3-8007-3601-0.

Projektteilnehmer

Projektleitung:Prof. Dr. Peter Heß
Wissenschaftliche Mitarbeiter:M.Eng. Maximilian Wagner
Abschlussarbeiten:Christian Beez
Studentische Projektgruppen:Justyna Lenda
Rainer Lehnert, Oleg Licegevic
Dominik Wodtke
Christian Brand, Florian Schemberer
Michael Merz, Florian Palau
Christian Stangl
Joel Kuiekem
Franklin Naha
Steffen Neumeier, Hannes Oeder
Ansprechpartner:M.Eng. Maximilian Wagner