Forschungsbericht 2010 - Hochschule Ingolstadt

Kompetenzfeld
Produktions- und Automatisierungstechnik
Roboterassistenz in der Montage
probleMstellunG
Mit der demographischen Entwicklung geht eine gewandelte
körperliche Belastungsfähigkeit der Mitarbeiter
der Produktion einher. Unergonomische, „rote“ Arbeitsplätze,
bei welchen Lasten über 10 kg gehandhabt werden
müssen, verursachen verstärkt Probleme. Dazu
erhöhen steigende Modell- und Ausstattungsvielfalt die
Teilevarianz am Montageband und damit das Risiko von
Fehlverbauten am Fahrzeug. Der sehr geringe Automatisierungsgrad
in der Montage und in der Logistik bietet
ein hohes Potenzial für mobile Assistenzrobotersysteme,
die dem Werker nicht-wertschöpfende Arbeiten, wie das
Handhaben von schweren Lasten in der Produktion, abnehmen.
Um die Nähe in der Zusammenarbeit zwischen
Roboter und Mensch am Montageband zu ermöglichen,
ist es notwendig, eine Gefährdung des Menschen durch
den mobilen, autonomen Roboter auszuschließen.
ZielsetZunG
Ziel des Projekts ist es, eine Beispielapplikation der Assistenzrobotik
in der Montage der AUDI AG zu realisieren
und damit die Aktivitäten aus dem Forschungsprojekt
„Mobile Robotik in der Vorkommissionierung“ fortzusetzen
[5]. Aufbauend auf dem im vorangegangenen Projekt
erstellten Prototyp (Abbildung 1) liegt der Schwerpunkt
auf der Erstellung eines übergeordneten Sicherheitskon-
zepts, welches die Gefährdung des Menschen in der unmittelbaren
Umgebung des mobilen Roboters ausschließt
und damit die Zusammenarbeit zwischen Mensch und
Roboter ermöglicht.
DURCHFÜHRUNG
Als Demonstrator soll der Verbau einer Batterie am hängenden
Fahrzeug realisiert werden. Dazu werden zwei
Zwischenstufen des Szenarios realisiert, um die Komplexi-
tät schrittweise zu erhöhen. Als letztes Szenario soll die
Batterie durch einen mobilen Roboter autonom in das
Fahrzeug für den Verbau fertig abgesetzt werden.
Der wissenschaftliche Teil besteht in der Erstellung eines
Multi-Sensor-Systems zur Überwachung der Umgebung
des Roboters. Mobile Assistenzroboter benötigen eine
entsprechend rigide Struktur zum Heben der Lasten.
Diese hat jedoch im Falle eines Zusammenpralls mit
dem Menschen eine gesundheitliche Schädigung durch
Krafteinwirkung zur Folge. Hinzukommt, dass das gehandhabte
Teil hinsichtlich Geometrie und Masse nicht
beeinflusst werden kann und somit im Kollisionsfall zu
Abbildung 1
Prototypisches, mobiles Robotersystem
einem erhöhten Verletzungsrisiko beiträgt. Damit es zu
keinem Zusammenprall mit einem Hindernis oder dem
Menschen in der Umwelt kommen kann, soll die Umgebung
des Roboters überwacht werden, so dass eine Kollision
ausgeschlossen werden kann. Dabei wird ein Multi-
Sensor-System basierend auf PMD-Sensoren aufgebaut
werden, das dem Roboter eine virtuelle Schutzhülle
verleiht. PMD-Sensoren basieren auf dem TOF-Prinzip
und bieten eine robuste, berechnungsarme Möglichkeit,
Distanzen im Raum zu messen [4]. Die Überwachung
statischer Industrieroboter in einem mit dem Menschen
gemeinsam genutzten Arbeitsraum ist bereits realisiert
worden [2, 1, 3]. Dazu wird die unmittelbare Umgebung
des Industrieroboters nach unbekannten Hindernissen
durchsucht und der geringste Abstand zu ihnen
bestimmt (Abbildung 2). Mit dem Wissen über die geplante
Bewegung des Roboters sowie Richtung und
Abstand zu einem Hindernis, können reaktive Strategien,
wie das Reduzieren der Geschwindigkeit oder das Umplanen
der Roboterbahn angestoßen werden, um eine
Kollision auszuschließen.
Ziel der wissenschaftlichen Arbeit soll eine Adaptierung
der Ergebnisse zur Überwachung statischer Industrieroboter
auf mobile Assistenzroboter in der Automobilproduktion
sein. Dazu werden die Daten mehrerer PMD-
Sensoren miteinander fusioniert, um den begrenzten
Öffnungswinkel der kameraähnlichen Sensoren und
die durch den Roboter verursachten Verdeckungen zu
kompensieren. Sensoren und mobile Roboter müssen
dabei durch geeignete Modelle repräsentiert werden, um