ROBOTICS

FlexIFF: Flexibe Intralogistik für die Fabrik der Zukunft

Menschen, mobile Roboter und mobile Manipulatoren werden zu Intralogistik- Task-Teams

Mobile Manipulatioren

Credit: Flextronics International GmbH

Projektinhalt

Produktionsstätten stoßen schon heute durch sich ständig ändernde Anforderungen wie eine große Produktvielfalt und kurzfristige Kundenwünsche an ihre Produktionsgrenzen und das trotz eines hohen Automatisierungsgrades. Grund dafür ist die geringe Flexibilität in der Produktionskette. Um die Produktion flexibler zu gestalten, werden Teilprozesse auf Produktionsinseln realisiert, deren räumliche Anordnungen und Verkettungen im Gesamtprozess dynamisch veränderbar sind. Allerdings ist aufgrund der sich ständig ändernden Fertigungsabfolge ein Transport zwischen den Inseln und Maschinen schwer automatisierbar.

Das Projekt FlexIFF greift diese Schwierigkeiten auf und bietet Lösungen für den sicheren, robusten und effizienten Einsatz  mobiler Robotersysteme in industriellen Umgebungen. Das Ziel von diesem industriellen Forschungsprojekts war die Entwicklung, Erprobung und Bewertung neuer Methoden und Komponenten für intralogistische Szenarien in der flexiblen Produktion. Insbesondere wurde ein flexibles System aus integrierten Komponenten angestrebt, das die flexible Produktion mit Menschen und Robotern plant, terminiert und koordiniert. Darüber hinaus ist das System in der Lage bei unvorhergesehenen Ereignissen zu reagieren und zu planen, während es gleichzeitig die Rüstzeit minimiert, um so kostengünstig wie möglich zu sein.

Wichtige Ziele:

  • Sicherheitsmethoden und sicherheitsorientierte Bewegungsplanung für kollaborierende Roboter
  • Aufgabenplanung für die Mensch-Roboter-Kollaboration
  • Konfliktlösungen aus der Ferne mit Hilfe von Mixed-Reality und Blicksteuerung
  • Fortschrittliche Benutzerschnittstellenkonzepte zur Unterstützung von Menschen in Produktionsumgebungen
  • Eine mehrschichtige Sicherheit für Robotersysteme
  • Die Entwicklung einer neuartigen flexiblen Intralogistik-Systemarchitektur, um alle Komponenten zu integrieren
Sichere mobile Manipulation und Robotersteuerung
3D Simulation mit Sensorsichtfeld

Credit: JOANNEUM RESEARCH: ??? 3D Simulation mit Sensorsichtfeld

Mobile Manipulatoren sind ein Schlüsselelement der zukünftigen Intralogistik. Die mobilen Plattformen, die sich heutzutage in einigen Fabriken im Einsatz befinden, sind in ihrer Fähigkeit, autonom zu arbeiten und mit ihrer Umgebung zu interagieren, begrenzt. Deshalb wurde neben der Anwendung modernster Sicherheitsmethoden sowie Sensor- und Steuerungskonzepte für sicheres mobiles Manipulieren auch das Reinforcement Learning und Simulationsframework „robo gym“ entwickelt. Mit diesem Open Source Tool können Robotersteuerungen für sichere Bewegungen von Roboterarmen und mobilen Robotern trainiert werden.

Neue Augmented Reality Schnittstellen und Konzepte

Es wurde eine Echtzeit-Augmented Reality (AR) Benutzeroberfläche entwickelt, welche Sprachaktivierung, Gesten und Blickanalysen unterstützt, sodass Arbeiter intuitiv und stressfrei mit dem gesamten Produktionssystem agieren können. Die Benutzeroberfläche liefert Informationen über den Zustand von Produktionsprozessen, bestimmten Aufgaben, Maschinen und Roboter sowie Live-Feeds von Robotersensoren.

 

Im linken Bereich der AR-Benutzeroberfläche werden die für die Konzentration relevanten menschlichen Faktoren dargestellt. Sie werden aus expliziten Eye-Tracking- und Head-Tracking-Daten und aus impliziten Daten extrahiert. Das Produktionspanel bietet den Arbeitern Informationen über ihre geplanten Aufgaben in Abhängigkeit von der aktuellen Gesamtkritikalität des Fertigungsstatus. In ähnlicher Weise sind auch Informationen über die einzelnen Maschinen verfügbar und ob sie sich im Produktions-, Wartungs-, kritischen Fehler- oder Leerlaufzustand befinden. Die Echtzeit-Informationsansicht auf der rechten Seite bietet eine detailliertere Sicht auf die Aufgaben, Maschinen und Roboter. Sie ist in sechs Ansichten (V1-V6) unterteilt. All diese sechs Ansichten auf einmal wären für einen Benutzer nicht nachvollziehbar. Daher wurde ein Deep-Learning-Modell trainiert, um die Benutzeroberfläche autonom zu steuern und Ansichten auszublenden, sodass die Informationen, die den Arbeitern zu einem bestimmten Zeitpunkt angezeigt werden, auf die Informationen reduziert werden, die für die Erledigung der aktuellen Aufgaben der Arbeiter erforderlich sind.

Hauptansicht der Benutzeroberfläche mit dem Produktionspanel (Mitte), den menschlichen Einflussfaktoren (links) und der Echtzeit-Info-Ansicht (links)

Hauptansicht der Benutzeroberfläche

Prädiktive Planungsmethode

Auf Basis der vorhandenen realen Produktionsdaten und Schätzungen wurde ein Simulationsprototyp für ein prädiktives Planungssystem entwickelt Dieses kombiniert maschinelle Simulation mit Fortschrittsschätzungen, die mit Deep-Learning-Methoden trainiert wurden, um Änderungen vorherzusagen und Produktionspläne proaktiv anzupassen bzw. zu optimieren.

Cyber-physische Sicherheit

Zukünftige Roboter müssen gegen Cyberangriffe geschützt werden, deshalb muss die Sicherheitsstrategie mehrere Ebenen umfassen. Im Rahmen des Projekts wurde eine Cyber-Sicherheitslösung für den mobilen Manipulator CHIMERA entwickelt, die die Sicherheit in einer vernetzten Produktionsumgebung gewährleistet. Konzepte und Prototypen, ähnlich einer „Black Box“ für mehrschichtige Sicherheitsarchitektur für Roboter wurden entworfen. Mit dieser „Black Box“ können Betriebsdaten protokolliert, gespeichert und gesichert werden und in Folge eines ungewollten Zwischenfalls können definierte Prozessschritte eingeleitet werden, die einen weiteren Roboterbetrieb sichern.

Flexible Intralogistik

Die Intralogistik ist ein wesentlicher Bestandteil jeder Produktion. Rohstoffe und Zwischenprodukte müssen zur richtigen Zeit am richtigen Ort ankommen. Für das Personal erweisen sich diese Aufgaben oftmals als anstrengend, langweilig und fehleranfällig. Bei der Unterstützung durch Robotersystemen muss eine besondere Sorgfalt auf die Greifer mobiler Manipulatoren gewidmet werden, da nicht nur der Arm, sondern auch der Greifer und die Handhabung von Objekten sicherheitsgerichtet erfolgen muss. Im Zuge des Projekts wurde die Intralogistik optimiert und das Personal bei seinen Aufgaben mit Hilfe eines cyber-physikalischen System von Robotern und fortschrittlichen Benutzeroberflächen unterstützt. Die entwickelten Komponenten und Methoden wurden in einem Prototyp integriert, welcher unterschiedliche Prozessakteure überwachen, steuern und synchronisieren kann. Diese Akteure wie Planungs- und Überwachungssystem, Produktionsmaschinen, Flottenmanagementsysteme, mobile Roboter, serielle und mobile Manipulatoren sowie menschliche Arbeiter wurden von Assistenzsystemen unterstützt.

Der mobile Manipulator Chimera hebt ein Regalmodell an
Projektpartner
Projektdaten
  • FFG Programmlinie (Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft) IKT der Zukunft
  • Fördergeber: bmvit
  • Projektlaufzeit:10/2017 - 06/2020
  • Projektwebseite: www.flexiff.at
Fördergeber
Informieren Sie sich unverbindlich bei
Projekt Webseite

Weiterführende Informationen finden Sie unter www.flexiff.at