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Schweißroboter denkt mit

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Das Fraunhofer IPA hat eine Roboterzelle realisiert, in der ein Industrieroboter von seinem Bediener lernt. Notwendige Daten für eine neue Aufgabe erfasst er aus der Vorführung und Erklärung eines Prozessexperten und er ist in der Lage, die Effizienz der Programmierung durch eigene Vorschläge weiter zu steigern. Die ersten Praxistests in einer Produktionsumgebung hat der Aufbau bereits bestanden.

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Hauptkomponenten der intuitiv programmierbaren Schweißroboterzelle: Sprachsteuerung (links oben), graphische Bedienerschnittstelle (links unten) und Handführung (rechts).

Hauptkomponenten der intuitiv programmierbaren Schweißroboterzelle: Sprachsteuerung...

Bisher sind Industrieroboter hauptsächlich in der Serienfertigung großer Produktionsanlagen zu finden. Obwohl ihr Einsatz auch für kleine und mittlere Losgrößen ein enormes Potenzial zur Effizienz- sowie Qualitätssteigerung bietet, scheitert der Einsatz von Robotertechnologie in kleineren Produktionsbetrieben häufig an den Kosten für die aufwändige Programmierung der komplexen Systeme. Neuartige Programmierverfahren wie etwa das Konzept der Programmierung durch Vormachen versprechen hier Abhilfe. Die Idee bei diesem Ansatz zielt darauf ab, dem Roboter auf möglichst intuitive Weise zu zeigen und zu erklären, worin seine neue Aufgabe besteht. Zur Programmierung sind damit keine Expertenkenntnisse mehr notwendig – sie kann direkt vom Prozessexperten durchgeführt werden.

An der Hand geführt

Bei der am Fraunhofer IPA realisierten Roboterzelle führt der Bediener den Roboter am eigens hierfür konstruierten Handgriff entlang der gewünschten Bahn. Der Roboter – und wahlweise auch der ins System integrierte Dreh-Kipp-Positionierer – lässt sich vom Bediener über eine graphische Benutzeroberfläche sowie freihändig über eine robuste Sprachsteuerung instruieren. Die Definition der notwendigen Prozessparameter findet anschließend anhand der graphischen Benutzeroberfläche statt, in welcher die aufgenommene Bahn in einer dreidimensionalen Visualisierung kontrolliert und nachbearbeitet werden kann. Aus den vorliegenden Informationen erzeugt das System automatisch ein Roboterprogramm, welches direkt per Knopfdruck gestartet
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Einbindung der lernenden Nutzerschnittstelle in den Ablauf des Programmierens durch Vormachen. Die roten Pfeile zeigen den Datenfluss im überwachten Lernverfahren – in blau ist der Einfluss von Methoden des Verstärkungslernens angezeigt.

Einbindung der lernenden Nutzerschnittstelle in den Ablauf des Programmierens...

werden kann.

Der Clou des Systems

Während der Demonstrationen durch den Prozessexperten sammelt das System Daten, aus denen es wiederkehrende Abläufe, die während der Programmierung ähnlicher Aufgaben entstehen, extrahiert. Wurde bereits genug Vorwissen gesammelt, so wechselt das System von seiner passiven Rolle in eine aktive, indem es selbst Vorschläge zu Prozessparametern oder Nutzeraktionen generiert. Die Vorschläge werden - je nach ihrer Art - in der graphischen Oberfläche dargestellt oder als Sprachausgabe bereitgestellt. Auf diese Weise werden zeitraubende Abläufe wie etwa das Nachbearbeiten langer Roboterbahnen, auf einen Kontrollblick sowie eine Bestätigung des Vorschlags reduziert.

Im Praxistest bewährt

Auch im Praxistest hat sich der Referenzaufbau, welcher im Rahmen des EU-Projekts SMErobotTM sowie durch Eigenmittel des Fraunhofer IPA gefördert wurde, bereits bewährt. Dazu wurde die Roboter-Zelle in der Produktionsumgebung der Firma Treffler Maschinenbau aufgebaut und vor Ort von Schweißexperten des Unternehmens auf Herz und Nieren getestet.

Die Ergebnisse sind vielversprechend – so lässt sich beispielsweise der Programmieraufwand für ein neues Werkstück im Schnitt auf 50 Prozent der Zeit reduzieren, welche bei klassischen Verfahren der Online-Programmierung anfällt. Ein Mitarbeiter, ohne Vorwissen im Bereich der Roboterprogrammierung,
kann bereits innerhalb eines Tages in die Bedienung des Systems eingewiesen werden.
Hauptkomponenten der intuitiv programmierbaren Schweißroboterzelle: Sprachsteuerung (links oben), graphische Bedienerschnittstelle (links unten) und Handführung (rechts).
Einbindung der lernenden Nutzerschnittstelle in den Ablauf des Programmierens durch Vormachen. Die roten Pfeile zeigen den Datenfluss im überwachten Lernverfahren – in blau ist der Einfluss von Methoden des Verstärkungslernens angezeigt.

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