Hochgeschwindigkeits-Bewegungserfassung und -kopplung für kollaborative Montageoperationen mit Menschen und Robotern (HiSMoT)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhlenkötter; Professor Dr.-Ing. Martin Manns
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500490184

Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) kombiniert die Fähigkeiten von Menschen und Robotern, um zukünftig inklusivere und menschzentriertere Produktionsprozesse in der Industrie zu ermöglichen. Die Möglichkeiten von MRK in der Fertigung sind in Laborumgebungen breit erforscht worden. MRK-Systeme kommen jedoch bislang kaum in der Produktion zum Einsatz. Als wichtige Gründe hierfür können die Leistungsfähigkeit und die Sicherheit angesehen werden, die die Kollaborationseffizienz beschränken – insbesondere für Bewegungen mit höherer Geschwindigkeit. Eine der aktuellen Herausforderungen für die reale Kollaborationsfähigkeit von MRK ist die kollaborative Handhabung eines Objekts. Hierbei ist es noch unklar, wie sich Roboter und Menschen verhalten sollten, um ein Objekt gemeinsam zu handhaben und die Bewegung zur gegenseitigen Unterstützung zu antizipieren. Ein Ansatz ist, Roboterbewegungen so zu erzeugen, dass Risiken für menschliche Körperteile vermieden werden, welche z. B. aus hohen Geschwindigkeiten des Tool-Center-Points des Roboters, die als Reaktion auf menschlicher Bewegung resultieren könnten, entstehen. Hierfür Bewegungsmodelle zu koppeln ist schwierig, da anders als Industrieroboterbewegungen menschliche Bewegungen mit geometrischen oder analytischen Modellen wie der Festkörperdynamik nicht realitätsnah modelliert werden können. Stattdessen werden in unterschiedlichen Forschungs- und Industrieanwendungen z. B. in Sport, Gesundheit, Film, Ergonomie und Produktion Modelle zur Erzeugung realistischer, menschlicher Bewegungen auf Basis von Motion-Capture-Daten genutzt. In diesem Forschungsprojekt werden Ansätze untersucht, um datengetriebene Bewegungsmodelle für Menschen mit Bewegungsmodellen für Roboter in MRK-Anwendungen echtzeitfähig zu koppeln. Hierbei konzentriert sich das Projekt auf die kollaborative Handhabung starrer Teile. Bei der echtzeitfähigen Modellierung werden Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit bei der Trajektorienerzeugung berücksichtigt. Eine zentrale Forschungsfrage ist, wie menschliche und robotische Bewegungsmodelle basierend auf Motion-Capture-Daten realisiert und gekoppelt werden können. Hierfür werden Methoden zur Regelung in Latent Spaces erforscht und untersucht, ob sie für hohe gegenseitige Unterstützung und Antizipation geeignet sind. Mit dem sich entwickelnden Konzept personalisierter Produktionssysteme werden Geschwindigkeit, Genauigkeit, Agilität und Kontrollierbarkeit Schlüsselgrößen. Hierbei könnte MRK eine Lücke im Bereich der Automation von Montagesystemen schließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen