Im Projekt arbeiten die Lehrstühle Werkzeugmaschinen und Steuerungen (WSKL) und Regelungssysteme (LRS) der RPTU am Campus Kaiserslautern an einer flexiblen und intuitiven Lösung für den Einsatz von Industrierobotern. Das Projekt umfasst die folgenden Punkte:

• Aufbau eines Demonstrators bestehend aus 2 Robotermodulen und einen mit Sensorik ausgestatteten Handarbeitsplatz
• Zusammenführen intelligenter Sensorik basierend auf Beschleunigungssensorik und Bildverarbeitung zur Erfassung von Personen im Arbeitsraum
• Entwicklung einer flexiblen und echtzeitfähigen Trajektorienplanung für einen kooperativen und kollaborativen Einsatz von Robotern im geteilten Arbeitsraum
• Umsetzung eines Plug & Produce Konzepts für die 3 aufgebauten Modulen
• Erweiterung der industriellen Steuerung durch einen App-basierten Ansatz

Damit KMUs vor allem im verarbeitenden Gewerbe auch in Zukunft konkurrenzfähig am Markt agieren können und ein Abwandern in Niedriglohnländer verhindert wird, muss diesen Unternehmen ein erhöhter Grad der Automatisierung mit möglichst einfachen und schnellen Arbeitsabläufen ermöglicht werden. Dabei wird es nicht zielführend sein, alle Arbeitsabläufe vollständig zu automatisieren, sondern Prozessschritte möglichst intelligent auf automatisierte Anlagen, Mensch-Maschine-Systeme oder Handarbeitsplätze zu verteilen. Kleine, leichte und nachgiebig konstruierte Roboter (kollaborative Roboter) ermöglichen grundlegend einen gemeinsamen Arbeitsraum für Mensch und Roboter. Diese wären somit gerade für KMUs ein erstes Mittel, um Teilprozesse an den vielen vorhandenen Handarbeitsplätzen zu automatisieren und gemeinsam mit dem Menschen die Produktivität zu erhöhen. Die Roboter kommen ohne einen abgegrenzten Bereich aus und stoppen die Bewegung bei einer Kollision, somit werden schwerste Arbeitsunfälle verhindert. Bisher bieten die Systeme per se jedoch keinen umfassenden Schutz und eine eingeschränkte Möglichkeit zur Zusammenarbeit mit Menschen. Aus heutiger Sicht fehlen Lösungen, die ein selbstständiges, intelligentes, intuitives Handeln der Roboter ermöglichen sowie eine einfache Bedienung auch ohne spezifische Herstellerschulungen. Hierzu werden Lösungen benötigt, die Robotern ermöglichen, ihre Umwelt wahrzunehmen und geeignete Entscheidungen zu treffen, um ihr definiertes Ziel erfolgreich zu erreichen. Da der Mensch seine Aufgabe intuitiv durchführt und anhand neuer Informationen seine Handlungen in kürzester Zeit umplanen kann, muss der Roboter in der Lage sein, mit diesen Situationen sicher umzugehen, damit der Mensch bei seiner Arbeitsverrichtung einerseits nicht gestört wird und andererseits sich nicht substanziell an den Roboter anpassen muss. Dabei sollen, selbst wenn noch ein langer Weg zu einer formalen Sicherheitszertifizierung zu beschreiten ist, auch technische Ansätze einbezogen werden, die eine Erhöhung der Flexibilität bei gleichzeitiger Gewährleistung praktischer Sicherheit ermöglichen können.

Die Corona-Pandemie zeigte, wie eine plötzliche Änderung der Nachfrage zu Lieferengpässen führt. Ein häufiges Problem sind starre automatisierte Systeme, die nicht auf variierende Nachfrage angepasst werden können. Flexibel händelbare Produktionsmodule sorgen in Zukunft dafür, Produktionsressourcen auf die derzeitige Marktsituation anzupassen.

In sechs Arbeitspaketen wird die KoKoBot-Plattform errichtet und Softwarebausteine entwickelt.

AP 1: Planung und Aufbau des Demonstrators

Es wird eine modular koppelbare Demonstratorplattform mit zwei Robotermodulen und einem Handarbeitsplatz konstruiert und aufgebaut.

AP 2: Mensch-Roboter-Kollaboration

Beschleunigungssensoren in Kombination mit einer Bildverarbeitung ermöglichen das Registrieren menschlicher Bewegungen im Arbeitsraum. Die Daten werden weiterverwendet, damit der Roboterarm dem Menschen bewusst ausweichen kann.

AP 3: Roboter-Roboter-Kooperation

Flexible Trajektorienplanung ermöglicht den Robotern eigenständig eine kollisionsfreie Bewegung zu einem Zielobjekt zu vollführen. Dabei soll das System durch beliebig viele Robotermodule erweiterbar werden.

AP4: Kommunikations- und Steuerungsarchitektur

Zum einen wird ein automatisches Erkennen und Identifizieren benachbarter Module ermöglicht. Die entwickelten Softwarelösungen werden des Weiteren als Art App auf einer industriellen Steuerung ausgeführt und zeigen somit die Möglichkeit der softwareseitigen Erweiterbarkeit von industriellen Steuerungen. 

AP5: Zusammenführung und Validierung

Zusammenführung der vorherigen 4 AP zur Präsentation eines lauffähigen Gesamtdemonstrators.

AP6: Transfer

Transfer des Projektwissens bspw. über den Partnerkreis der SmartFactory Kaiserslautern, die das Projekt als Kooperationspartner begleitet.