Vom Weltraum in die Produktionshalle

  • 17. August 2017

Neues Transferprojekt macht Roboter für flexible Montage­arbeiten fit.

Flexibel, (teil-)autonom und mit Fingerspitzengefühl – das nun gestar­tete Projekt TransFIT soll Roboter­systemen den Infra­struktur­aufbau im Welt­raum ermög­lichen und Einsatz­optionen im Bereich Industrie 4.0 eröffnen. Die Koope­ration zwischen dem Robotics Inno­vation Center des Deutschen Forschungs­zentrums für künst­liche Intel­ligenz, der Uni Bremen und der Siemens AG wird vom Bundes­minis­terium für Wirt­schaft und Energie mit rund 7,9 Milli­onen Euro geför­dert. Ziel ist die Ent­wick­lung robo­tischer Fähig­keiten, welche die Aus­führung komplexer Montage­arbeiten autonom und zusammen mit dem Menschen ermög­lichen.

TransFIT

Abb.: Bei bemannten Missionen auf Planeten, Monden oder Aste­ro­iden ist der Ein­satz von robo­tischen Systemen sinn­voll, etwa beim Auf­bau von statio­nären Lagern, Unter­ständen und Laboren. (Bild: M. Yilmaz, DFKI)

Im Mittelpunkt von TransFIT steht die Entwicklung von robo­tischen Lösungen für (teil-)auto­nome Anwen­dungen im Rahmen von Welt­raum­missionen. Aus­gehend von den Ergeb­nissen im DFKI-Trans­fer­projekt TransTerrA, bei dem die Explo­ration und Logistik für den Auf­bau von Infra­struktur auf fremden Planeten betrachtet wurde, liegt in TransFIT nun der Fokus auf dem Auf­bau selbst. Damit ist das Projekt Teil der DFKI Space-Roadmap zur Schaf­fung von Grund­lagen für den Ein­satz von mobilen, auto­nomen Systemen bei der extra­terres­trischen Explo­ration.

Um bei bemannten Missionen, bei denen sich Astronauten auf Planeten, Monden oder Aste­roiden auf­halten, den Menschen nicht unnötig zu gefährden, ist der Ein­satz von robo­tischen Systemen sinn­voll, etwa beim Aufbau von statio­nären Lagern, Unter­ständen und Laboren. Da Roboter komplexe Auf­gaben jedoch nur bedingt auto­nom lösen und sich auch nur bedingt flexibel ver­halten können, ist eine enge Zusam­men­arbeit mit den Astro­nauten not­wendig. Im Zentrum von TransFIT steht daher die Umset­zung eines Koope­ra­tions­szena­rios von Astro­nauten und Robotern, die gemein­sam eine Infra­struktur auf­bauen, wobei sie dabei nach dem Konzept der „Sli­ding Auto­nomie” unter­schied­lich stark inter­agieren, von reiner Tele­opera­tion über Tele­opera­tion mit teil­auto­nomen Funk­tionen und Auto­nomie mit „Ope­rator in the Loop” bis hin zu kom­pletter Auto­nomie. Ziel der Inter­aktion ist aber nicht nur die Auf­gaben­teilung, sondern auch, dass der Roboter aus der Unter­stüt­zung durch den Menschen lernt, um immer auto­nomer agieren und seine Ein­setz­bar­keit und Anpass­bar­keit an die spezi­ellen Anfor­de­rungen opti­mieren zu können.

„Die Roboter sollen Fähigkeiten entwickeln, die es den Systemen grund­sätz­lich ermög­lichen, komplexe Montage­arbeiten, wie Greifen, Halten und Stecken von vor­ge­fer­tigten Kompo­nenten auto­nom oder zusammen mit dem Menschen durch­zu­führen. Eine direkte Koope­ra­tion zwischen Mensch und Maschine ermög­licht eine effek­tive Lösung und Umset­zung von Auf­gaben unter der Nutzung der Stärken beider Betei­ligten und gleich­zei­tiger Kompen­sation der Schwächen“, erklärt Projekt­leiterin Elsa Kirchner.

Voraussetzung für die schnelle Anpassbarkeit des Verhaltens ist die Ent­wick­lung einer ein­fach bedien­baren Steue­rungs­soft­ware, die schnelle Anpas­sungen vor Ort und während einer Mission ermög­licht. So können unvor­her­ge­sehene Montage­leis­tungen, etwa nicht einge­plante Repa­ra­turen wie der Wechsel eines Rades, statt von dem Roboter auto­nom auch in Zusam­men­arbeit mit dem Menschen durch­ge­führt werden. Im Szenario sollen ein Mensch und ein huma­no­ider Roboter zusammen mit mög­licher Unter­stüt­zung durch einen weiteren Astro­nauten über Tele­opera­tion eine Montage­leis­tung erbringen, von der Teil­auf­gaben vom Roboter auto­nom, Teil­auf­gaben von Mensch und Roboter in Koope­ra­tion sowie Teil­auf­gaben tele­ope­riert durch den Menschen mit Hilfe eines Ganz­körper-Exo­skeletts gelöst werden. Des Weiteren wird gezeigt, dass das Ver­halten des Roboters sowohl über ein ein­faches Inter­face zur teil­auto­ma­tischen Erstel­lung von Montage­anlei­tungen als auch durch Lernen von Fähig­keiten aus der Beob­ach­tung des mensch­lichen Ver­haltens spontan und ein­fach ange­passt werden kann. Ein ebenso wich­tiger Bau­stein ist der Ein­satz von Techno­logien, die der Ver­mitt­lung von Inten­tionen dienen, sowohl der des Roboters als auch der des Menschen. Für die Inten­tions­erken­nung beim Menschen werden multi­modale physio­logische Daten genutzt. Die Inten­tion des Roboters wird leicht ver­ständ­lich ver­mit­telt und dient der Akzep­tanz sich autonom ver­hal­tender Systeme.

Neben der Umsetzung des extraterrestrischen Koope­rations­szena­rios zielt TransFIT auf den Trans­fer der im Projekt ent­wickelten Techno­logien in terres­trische Anwen­dungen, konkret in die indus­trielle Ferti­gung und Pro­duk­tion. „Wir ver­folgen das Ziel, die Schlüssel­techno­logie Robotik nicht nur für die Raum­fahrt zu nutzen, sondern auch in indus­trielle Anwen­dungen umzu­setzen. Auf­grund ihrer Robust­heit und Auto­ma­tion ver­fügen robo­tische Raum­fahrt­systeme über ein hohes Trans­fer­poten­zial, sie funk­tio­nieren eigen­ständig sowie ohne Wartung über lange Zeit­räume und Ent­fer­nungen hin­weg“, so Frank Kirchner, Leiter des DFKI Robotics Inno­vation Centers und der Arbeits­gruppe Robotik an der Uni Bremen.

Zu diesem Zweck entwickeln die Projektpartner unter Feder­führung von Siemens und auf Basis der im Projekt erar­bei­teten Lösungen eine hoch­flexible und koope­ra­tive Montage­zelle zur Ferti­gung komplexer Bau­gruppen, etwa von kompakten mecha­nischen oder elektro­mecha­nischen Geräten, die nach heutigem Stand durch rein manuelle Arbeit erfolgen würde. Die Zelle soll in der Lage sein, abstrakte Auf­gaben­spezi­fi­ka­tionen autonom und ohne die Not­wendig­keit einer detail­lierten Pro­gram­mie­rung in Zusam­men­arbeit mit einem mensch­lichen Werker um­setzen zu können.

DFKI / RK

Share |

Newsletter

Haben Sie Interesse am kostenlosen wöchentlichen oder monatlichen pro-physik.de-Newsletter? Zum Abonnement geht es hier.

COMSOL NEWS 2018

COMSOL Days

Lesen Sie, wie Ingenieure in einer Vielzahl von Branchen präzise digitale Prototypen erstellen, um die Grenzen der Technologie zu überschreiten und den Bedarf an physischen Prototypen zu reduzieren, sowie Simulationsanwendungen zu erstellen, mit denen Kollegen und Kunden weltweit neue Ideen testen können.

comsol.de/c/7bzn

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer