TU Berlin

Industrielle AutomatisierungstechnikRoboterprogrammierung durch räumliche Interaktion

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Industrieroboterprogrammierung durch räumliche Interaktion

Ziel des Projektes „Räumliche Industrieroboterprogrammierung“ ist die Entwicklung von intuitiven Methoden zur Unterstützung der manuellen Online-Programmierung von Industrierobotern. Dabei werden verschiedene Programmierebenen (Posen, Trajektorien und Aufgabe) sowie verschiedene Schritte bei der Programmerstellung (Definition, Evaluation, Manipulation) betrachtet.

Vorbild für die Gestaltung effizienter und ergonomischer Mensch-Maschine-Systeme ist die natürliche Mensch-Mensch-Kommunikation. Multimodalität, also die Nutzung mehrerer Kommunikationskanäle gleichzeitig oder nacheinander, spielt eine wichtige Rolle bei der Gestaltung leistungsstarker Steuerungssysteme. Im Projekt werden Finger-, Hand- oder Berührungsgesten sowie verschiedene Formen der Visualisierungen betrachtet. Zum Einsatz kommen dabei auch moderne Handheld-Geräte wie Smartphones oder Tablet-PCs.

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Gestenbasierte Programmdefinition

Einzelne Posen im Raum sowie komplexe Trajektorien und Aufgaben können durch den Nutzer über natürliche Bewegungen, bspw. der Hand, schnell und intuitiv definiert werden. Zur Aufzeichnung der Gesten dient ein Motion-Tracking-System.

Mobile Programmevaluation in Augmented Reality

Zur Programmevaluation wird eine Augmented Reality-Anwendung auf dem Tablet-PC genutzt, welche dem Programmierer nach und während des Interaktionsprozesses ein visuelles Feedback zur Programmierung gibt. So werden räumliche Informationen zum Roboterprogramm als virtuelle Objekte in das Kamerabild des Tablet-PCs eingeblendet.

Durch eine virtuelle Modellierung des Roboters in der Augmented Reality-Anwendung können die Roboterprogramme weiterführend im realen Umfeld simuliert und hinsichtlich der Erreichbarkeit von einzelnen Posen überprüft werden.

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Programmadaption durch gestenbasierte Manipulation von virtuellen Objekten

Durch die Kombination der Augmented Reality-Anwendung mit 3D-Gesten entsteht eine neue Form der Interaktion: Der Nutzer wird in die Lage versetzt, mit den virtuell im Kamerabild dargestellten Objekten zu interagieren. Das  heißt,  er verschiebt, dreht oder skaliert Objekte und adaptiert damit sowohl einzelne Posen und Trajektorien, als auch Aufgaben. Das Roboterprogramm wird jeweils der Interaktion entsprechend angepasst. Die Augmented Reality-Anwendung ermöglicht wiederum ein simultanes Feedback. Ist die virtuelle Programmierung erfolgreich, kann das Programm direkt vom Smartphone oder Tablet-PC auf die Industrierobotersteuerung übertragen werden.

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Programmieren durch Vormachen

Nach dem Prinzip des „Programming by Demonstration“ zeigt der Nutzer dem Industrieroboter durch Vormachen, wie eine Aufgabe zu lösen ist. Diese Form der aufgabenorientierten Programmierung erfordert kein spezifisches Fachwissen und ist deshalb für den Anwender besonders einfach zu realisieren. Dafür werden lediglich Objekte, die der Anwender zeigen, greifen, bewegen und ablegen kann, sowie bildgestützte Sensorik benötigt, die die Objekte erkennt und verfolgt. Aus den aufgezeichneten Trajektorien von Fingern, Hand und Objekten werden dann komplexe Roboterprogramme abgeleitet. Grundlage für das Erkennen beispielsweise von Schweiß- und Montageaufgaben ist wiederum das Erkennen von Gesten auf Basis von Motion-Tracking. Ein räumliches Feedback über die programmierte Aufgabe wird dem Nutzer wiederum durch die Augmented Reality-Anwendung ermöglicht.

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Intelligente Apps mit Schnittstellen zur Robotersteuerung und zur Digitalen Fabrik

Das Ergebnis aktueller Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am Fachgebiet Industrielle Automatisierungstechnik der TU Berlin ist eine räumliche Programmierschnittstelle für Industrieroboter auf Basis von Augmented Reality und Motion-Tracking. Die eigentliche Programmierumgebung läuft als App auf herkömmlichen Smartphones und Tablet-PCs. Eine Übertragung der Programme aus der App auf beliebige Industrieroboter erfolgt über eine vereinheitlichte Schnittstelle. Zudem wurden Schnittstellen zum Austausch von Roboterprogrammen zwischen App und klassischen Simulationstools der Digitalen Fabrik entwickelt.

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