True Cobotics

Ausgangslage

Kollaborative Roboter (Cobots) können auf sichere Art und Weise mit Menschen interagieren. Sie sind multitaskingfähig und flexibel und eignen sich dadurch besonders für kleine bis mittlere Losgrössen und kundenspezifische Produktionen. Sie können zudem den Menschen mühsame Aufgaben und schwere Arbeiten abnehmen und ihre Arbeit aufwerten. Richtig eingesetzt, versprechen Cobots eine höhere Produktivität und vermeiden die Produktionsverlagerung ins Ausland in Hochlohnländern wie der Schweiz.

Die Umsetzung solcher Systeme ist leider eine Herausforderung, insbesondere für KMUs. Der Cobot muss in ein Arbeitssystem integriert werden, das die Sicherheitsvorschriften erfüllt. Bei einer echten Mensch-Roboter-Kollaboration wird der Arbeitsplatz geteilt; die Umgebung variiert mit der Zeit, was die Programmierung zu einer mühsamen Aufgabe macht. Es wird ein erfahrener Programmierer benötigt, was die Vorteile der Kobotik, nämlich Flexibilität und geringe Kosten, drastisch reduziert.

Neue Entwicklungen im Bereich des maschinellen Lernens und des Lernen durch Vorzeigen bieten jedoch Möglichkeiten, das A-priori-Wissen über die Aufgabe zu nutzen, um intelligentere Systeme zu entwickeln, die sich leichter programmieren lassen.

Ziele

Ein Linienmitarbeiter soll in der Lage sein, einem Cobot genauso intuitiv wie einem menschlichen Kollegen beizubringen, wie er eine Aufgabe auszuführen hat. Ein Cobot soll in der Lage sein, wirklich mit einem Linienmitarbeiter zusammenzuarbeiten, um eine Aufgabe gemeinsam zu erledigen. Dies ermöglicht es Schweizer Firmen, effizienter zu werden und international wettbewerbsfähig zu bleiben.

Vorgehen

Ein kollaboratives Robotiksystem kann in drei Teile unterteilt werden: den Roboter, einen mit Sensoren ausgestatteten Arbeitsplatz und den menschlichen Benutzer. Jede dieser drei Einheiten muss mit den anderen kommunizieren, aber sie haben unterschiedliche Sprachen, was die Zusammenführung von Informationen auf der technischen Seite mühsam und die Kommunikation auf der Seite der Mensch-Maschine-Interaktion schwierig macht.

In diesem Projekt entwickeln wir ein Modell der Umgebung mit Hilfe von Datenbanken, die das A-priori-Wissen über die Aufgabe enthalten und es uns ermöglichen:

• eine modulare Software-Architektur für die Kommunikation zwischen verschiedenen Informationssystemen (Roboter, Kameras, Mikrofone usw.) zu entwickeln
• Informationen zwischen dem System und dem Menschen auf natürliche Weise auszutauschen.

Die Datenbanken sind auch für nicht fachkundige Benutzer leicht erweiterbar, was gewährleistet, dass das entwickelte System flexibel ist und leicht an neue Situationen angepasst werden kann.

Lösung

Es wurde eine Robotiklösung entwickelt, die eine intuitive Mensch-Roboter-Interaktion auf der Grundlage eines gemeinsamen Verzeichnisses von Aktionen und Objekten ermöglicht. Dieses Verzeichnis ist leicht auf neue Aufgaben erweiterbar, um das System flexibel zu gestalten. Darüber hinaus ist die Architektur modular und kann mit verschiedenen Robotern, Sensoren und Programmiersprachen verwendet werden.

Resultate

Die Flexibilität der Architektur wurde in drei verschiedenen Anwendungsfällen in Industrie- und Dienstleistungsumgebungen mit drei verschiedenen Robotern demonstriert:

• Verpackung von Sensoren
• Verteilung von Getränken
• Handhabung von Geschirr

Das entwickelte System ermöglicht es Menschen ohne technische Vorkenntnisse, einen Roboter so zu programmieren, dass er über intuitive Schnittstellen Variationen einer genau definierten Aufgabe ausführt. Für die Anpassung des Systems an völlig neue Aufgaben und Arbeitsbereiche sind noch geschulte Ingenieure erforderlich. Die Weiterentwicklung der Technologie zu einem Produkt und spezifische Installationen werden in Zukunft mit Industriepartnern entwickelt. Interessierte Partner sind eingeladen, sich mit uns in Verbindung zu setzen.