Neue Wege in der Roboterprogrammierung

Das Forscherteam um Prof. Dr.-Ing. Michael Koch und Prof. Dr.-Ing. Peter Heß entwickelt an der TH Nürnberg eine Methode, Industrieroboter einfacher und schneller zu programmieren. Mit der transferorientierten Forschung machen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für kleine und mittlere Unternehmen den Einsatz von Robotern in der Fertigung rentabel. Mit Partnern aus der Industrie arbeitet das Team an einer automatisierten Roboterprogrammierung, bei der die Interaktion von Mensch und Roboter im Vordergrund steht.

Im Projekt der TH Nürnberg „Neue Wege in der Roboterprogrammierung mit Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) und Motion-Capture (MoCap)“, kurz „MRK&MoCap4Robots“, entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Dr.-Ing. Dipl. Wirt.-Ing. Michael Koch und Prof. Dr.-Ing. Peter Heß einen Methodenbaukasten, der es ermöglicht, Industrieroboter in kurzer Zeit zu programmieren. Industrieroboter werden in vielen Bereichen der Fertigung eingesetzt. Die neuartigen, sicheren Robotersysteme benötigen keine Schutzzäune und Absperrungen mehr, dadurch wird eine direkte Zusammenarbeit von Robotern und Menschen in einer flexiblen Fertigung möglich. Während der Programmierungszeit steht der Roboter für die Fertigung nicht zur Verfügung – dieser hohe Aufwand macht bislang vor allem für kleine und mittlere Unternehmen einen wirtschaftlichen Robotereinsatz oft nicht möglich. „Die Erstellung von Programmen für Industrieroboter erfordert bislang umfangreiche Programmierkenntnisse, da es notwendig ist, Einzelschritte und Zielpositionen detailliert und explizit zu programmieren“, erläutert Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Michael Koch, Professor an der Fakultät Maschinenbau und Versorgungstechnik und Mitarbeiter des Instituts für Chemie, Material- und Produktentwicklung (OHM-CMP) der TH Nürnberg.

Mit dem neuen Methodenbaukasten zur Vereinfachung der Programmierumgebung werden zwei sich ergänzende Hauptkomponenten zur Verfügung gestellt.
Der erste Teil ermöglicht mit einem Robotik-Fertigungsbaukasten eine automatische Programmerzeugung für MRK-Roboter – ohne Programmierkenntnisse können so mehrere Fertigungsschritte an einem Roboter kombiniert werden. Die Arbeitsinhalte des Roboters werden automatisch identifiziert, woraufhin die benötigten Roboterprogramme aus dem Fertigungsbaukasten automatisch erzeugt werden. Die Programme werden an den Roboter übertragen, der die Arbeitsschritte, durch Sensoren überwacht, ausführt.
Der zweite Teil realisiert mit einem Motion-Capture-System eine Offline-Roboterprogrammierung. Ein Programmierer oder eine Programmiererin führt mit einem Eingabegerät, das genauso gestaltet ist wie das Roboterwerkzeug, die gewünschten Bewegungen und Bearbeitungspositionen des Roboters am realen Bauteil vor. Dabei werden die Bewegungen von mehreren Infrarot-Kameras der Programmierzelle beobachtet. Aus diesen gezeigten Positionen wird automatisch ein Roboterprogramm erzeugt, das an den Roboter übertragen wird. Durch dieses Verfahren hat der Roboter keine Ausfallzeiten und kann trotz Programmierung fast durchgehend produktiv eingesetzt werden.

„In der Roboterprogrammierung ist unser Ansatz völlig neu“, so Prof. Dr.-Ing. Michael Koch. „Eine Verbindung des Eingabemediums Offline-Motion-Capture und der intuitiven Roboterprogrammierung, bei der die Kollaboration von Mensch und Roboter im Vordergrund steht, bietet hohe Chancen. Auch der Ansatz, die Bewegungen des Roboters intuitiv und schnell mit Motion-Capture zu programmieren und die Sensoren, die für eine Anwendung bei der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) sowieso auf dem Roboter verfügbar sein müssen, für eine automatische Korrektur im Nahbereich einzusetzen, gab es so noch nicht.“ Das Forschungsprojekt wird betreut vom Institut für Chemie, Material- und Produktentwicklung der TH Nürnberg und vom Nuremberg Campus of Technology (NCT), an dem sich die TH Nürnberg mit Forschungsprofessuren engagiert. Gemeinsam mit den Projektpartnern, den Unternehmen Manutec Robotersysteme, Schaeffler Technologies, Advanced Realtime Tracking (ART) und KUKA Roboter, arbeitet das Team an der Umsetzung der innovativen Technik. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert im Rahmen des Programms „Forschung an Fachhochschulen“ das Projekt.