Arbeitsraumüberwachung und autonome Bahnplanung für ein sicheres und flexibles Roboter-Assistenzsystem in der Fertigung

Workspace surveillance and autonomous path planning for a safe und flexible robot assistance system in manufacturing

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-107710
  • Traditionell werden Industrieroboter hinter abgetrennten Schutzeinrichtungen zur automatisierten Fertigung bei hohen Stückzahlen, beispielsweise beim Schweißen oder Lackieren von Karosserieteilen in der Automobilproduktion, eingesetzt. In dieser Arbeit werden wesentliche Teilkomponenten für ein sicheres und flexibles, Industrieroboter basiertes Unterstützungssystem zur Ermöglichung der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) entwickelt und am Beispiel eines Montageprozesses in einer Behindertenwerkstatt erfolgreich demonstriert. Primäre Ziel-stellungen sind die Entlastung einer im Durchschnitt immer älter werdenden Belegschaft von körperlich stark beanspruchenden, ermüdenden und repetitivenTraditionell werden Industrieroboter hinter abgetrennten Schutzeinrichtungen zur automatisierten Fertigung bei hohen Stückzahlen, beispielsweise beim Schweißen oder Lackieren von Karosserieteilen in der Automobilproduktion, eingesetzt. In dieser Arbeit werden wesentliche Teilkomponenten für ein sicheres und flexibles, Industrieroboter basiertes Unterstützungssystem zur Ermöglichung der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) entwickelt und am Beispiel eines Montageprozesses in einer Behindertenwerkstatt erfolgreich demonstriert. Primäre Ziel-stellungen sind die Entlastung einer im Durchschnitt immer älter werdenden Belegschaft von körperlich stark beanspruchenden, ermüdenden und repetitiven Aufgabenstellungen in der Produktion und eine damit verbundene Steigerung der Mitarbeiterzufriedenheit sowie eine fähigkeitsorientierte Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter zur Erhöhung der Produktivität und Qualität. Eine weitere, in dieser Arbeit gezeigte Einsatzmöglichkeit ist die Unterstützung leistungsgeminderter Personen in Behindertenwerkstätten, wobei die Befähigung zu höherwertigen Aufgabeninhalten im Vordergrund steht. Mit der umgesetzten Arbeitsraumerfassung und -absicherung wird ein effizienter Lösungsansatz zum intelligenteren Einsatz von potentiell gefährlichen Industrierobotern der Kollaborationsart der Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung entwickelt. Durch eine robuste Detektion von Hindernisobjekten sowie eine konservative Klassifizierung in Personen und andere Hindernisse werden Kollisionen mit dem eingesetzten Assistenzroboter zuverlässig vermieden und angepasste Reaktionsstrategien ermöglicht. Der flexible und wirtschaftliche Einsatz von kooperierenden Industrierobotern mit lediglich kurzen Stillstandszeiten bei sich ändernden Umgebungsbedingungen und ohne die Programmierung durch Fachpersonal erfordert eine möglichst autonome Ableitung von Roboterbewegungsbahnen. Zur Lösung dieses Handlungsbedarfs wird ein neuartiger Planer auf Basis der Zellzerlegung des Arbeitsraums für den betrachteten und weit verbreiteten Anwendungsfall des vertikalen Sechsachs-Knickarmroboters mit Zentralhand realisiert, um kollisionsfreie, möglichst kurze und für den Bediener intuitiv nachvollziehbare Bahnen autonom generieren zu können.show moreshow less
  • Traditionally, industrial robots are used behind separating protective devices for automated manufacturing with high quantities, for example for welding or painting of body parts in auto-mobile production. In this thesis essential components of a secure und flexible industrial robot based assistance system for enabling human-robot cooperation (HRC) are developed and successfully demonstrated using the example of an assembly process in a working place for disabled people. The main objectives are relieving an on average aging personnel of highly physically burdening, exhausting and repetitive production tasks and thereby increasing the satisfaction of employees as well as splitting upTraditionally, industrial robots are used behind separating protective devices for automated manufacturing with high quantities, for example for welding or painting of body parts in auto-mobile production. In this thesis essential components of a secure und flexible industrial robot based assistance system for enabling human-robot cooperation (HRC) are developed and successfully demonstrated using the example of an assembly process in a working place for disabled people. The main objectives are relieving an on average aging personnel of highly physically burdening, exhausting and repetitive production tasks and thereby increasing the satisfaction of employees as well as splitting up capability based the labour between humans and robots for raising the productivity and quality. Another application that is shown in this thesis is the assistance in working places for handicapped, where enabling people to perform higher demanding work content is focussed. An efficient approach for the more intelligent use of potentially dangerous industrial robots of the collaboration type of velocity and distance control is developed by the realised workspace surveillance and protection. By means of a robust detection of obstacle objects as well as a conservative classification into persons and other obstacles collisions with the used assistance robot are reliably avoided and adapted reaction strategies are enabled. The flexible and effi-cient use of cooperating industrial robots with only short idle times during changing ambient conditions and without programming by experts requires a preferably autonomous generation of robot paths. To solve this need for action a novel planner using the cell decomposition of the workspace is realised for the examined and widespread use case of the vertical six-axis articulated robot with in-line wrist to generate collision free and preferably short robot paths, that are intuitively comprehensible by the operator.show moreshow less

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Metadaten
Author:Christina Ramer
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-107710
DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-154-6
ISBN:978-3-96147-154-6
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (312)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Jörg Franke, Annika Raatz
Advisor:Jörg Franke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2018
Embargo Date:2019/04/02
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2018/06/18
Release Date:2019/04/02
Tag:Arbeitsraumüberwachung; Autonome Bahnplanung; Autonome Pfadplanung; Kollisionsvermeidung; Mensch-Roboter-Interaktion; Mensch-Roboter-Koexistenz; Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK); Mensch-Roboter-Kooperation (MRK); Pfadplanung; Roboter-Assistenzsystem
SWD-Keyword:Industrieroboter; Bahnplanung; Kollisionsschutz; Assistenzsystem; Intelligente Fertigung
Pagenumber:xiv, 188 S.
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-153-9
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 670 Industrielle Fertigung
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International