CoBot - Collaborative Robot

CoBot – Der smarte KI-Montagearbeitsplatz

Mit dem CoBot - Collaborative Robot - demonstriert das Fraunhofer IOSB in Kooperation mit PWC strategy& ein innovatives KI-basiertes Montageassistenzsystem, bei dem Roboter und Menschen kollaborativ in der manuellen Montage zusammenarbeiten.

Das Assistenzsystem vereint modernste KI-Methoden maschinellen Lernens, um die Möglichkeiten einer intuitiven, werkerzentrierten und effizienten Montageassistenz darzustellen, das intelligent auf die Werkenden und deren Tätigkeiten reagieren und sich an sie anpassen kann. Durch Erfassung der Tätigkeiten des Werkers oder der Werkerin kann das Assistenzsystem nachvollziehen, in welchem Schritt welchen Handlungen nachgegangen wird. Zudem kann es qualitätssichernd eingreifen und die Roboterarme zur proaktiven und effizienten Zuarbeit in den verschiedenen Phasen der Montage einsetzen.

KI-basierte Personen- und Arbeitsumfelderfassung für eine intelligente Montageassistenz

Mit Hilfe von am Tisch verbauten Kameras können Personen vor dem Tisch identifiziert sowie die Körperhaltung und Bewegungen kontinuierlich erfasst und analysiert werden. Durch die Position und Ausrichtung der Arme und Hände lässt sich ohne Weiteres auf Griffe und handwerkliche Arbeiten schließen. Ergänzend erkennt die Kameraerfassung die Position und Orientierung sämtlicher eingesetzter Werkzeuge, sodass nicht nur Bewegungen, sondern auch Interaktionen und die Handhabe mit z.B. Schraubern nachvollzogen werden können.

Die zu leistenden Arbeitsschritte sind als Anleitung im Assistenzsystem modelliert und hinterlegt, wodurch die tatsächliche Aktivität mit der Soll-Aktivität verglichen und Abweichungen erkannt werden können. Gleichzeitig werden beendete Arbeitsschritte nachvollzogen, als durchgeführt dokumentiert und die Anzeige zum nächsten Arbeitsschritt weitergeschaltet.

Intuitive Mensch-Maschine-Interaktion für effiziente Prozesse

Um die Interaktion zwischen Mensch und Maschine schnell, effizient und intuitiv zu gestalten, kann CoBot mittels Gesten und Sprache gesteuert werden. Eine mit Projektoren auf dem Tisch dargestellte Bedienoberfläche reagiert (dank der Körperposen- und Armerfassung) auf sich nähernde Fingerspitzen und wird intuitiv ohne weitere Peripherie bedient. Sprachkommandos sind besonders in Situationen von Vorteil, in denen Werkende keine Hand zur Bedienung frei haben. Sowohl die Kameraauswertung als auch die Spracherkennung laufen dabei lokal vor Ort und sind nicht cloud-basiert.

Smarte und sichere Mensch-Roboter-Kollaboration

Durch die kontinuierliche Erfassung der Personen und Arbeitsumgebung berechnet das Montageassistenzsystem fortwährend alle Bereiche, in denen die Roboterarme agieren können, ohne mit den Werkenden zu kollidieren. Außerdem können die Roboterarme dem Werker oder der Werkerin in einem Arbeitsschritt kollaborativ zuarbeiten, indem sie beispielsweise Gegenstände entgegennehmen oder autonom für Hintergrundtätigkeiten eingesetzt werden, wenn sie nicht benötigt werden, zum Beispiel um Materialkisten zu kommissionieren.

Dynamische Projektion in der Arbeitsumgebung

Exemplarisch wurden in CoBot zwei Roboterarme verbaut, von denen der linke zur physischen Zuarbeit, der rechte für eine dynamische Projektion und Kameraerfassung genutzt wird. CoBot zeichnet sich dadurch aus, dass auch mit Verdeckungen im Arbeitsumfeld umgegangen werden kann, z.B. wenn sich Werkende während einer Verschraubung vor die verbauten Kameras beugen und die Sicht behindern, indem eine am rechten Roboterarm angebrachte Kamera neu ausgerichtet und über die Schulter bewegt werden kann. Gleichzeitig ist ein am Arm befestigter Projektor in der Lage, die fest auf die Tischoberfläche dargestellten Projektionen um frei ausrichtbare Visualisierungen zu ergänzen. Beliebige Flächen und Punkte in der Arbeitsumgebung können damit angeleuchtet und mit Informationen angereichert werden. Im Zuge einer Bauteilverschraubung können so beispielsweise die jeweiligen Schraubpositionen angeleuchtet werden, um die korrekte Reihenfolge zu verdeutlichen.

Intuitives Einlernen durch Vormachen

Das Montageassistenzsystem CoBot ist mit einem Einlern- und Editiermodus ausgestattet, welcher es erlaubt, neue Arbeitsschritte hinzuzufügen und bestehende abzuändern. Diese können mit Text versehen oder als Bild oder Video aufgezeichnet werden und werden bei der Durchführung in entsprechender Form dargestellt. Zu verschraubende Positionen können dank integriertem Werkzeugtracking ebenfalls durch einfaches Vorführen angegeben werden. Die Individualisierungen und Bedarfe der jeweiligen Person können dabei im Werkerprofil hinterlegt werden.