Steckbrief

• Programm: Horizon 2020
• Fördersumme: 6 Mio. Euro, davon 2 Mio. Euro für Bayern
• Laufzeit: 01/2021-12/2024
• Koordinator: Dr. Christian Eitzinger, PROFACTOR GmbH, Österreich
• Projektkennzeichen: 101006732
• Internet: www.drapebot.eu

Effiziente Mensch-Roboter-Kooperation beim „Draping“ für die Fertigungsindustrie

Leicht, stabil und sicher – das sind die Ansprüche an Werkstoffe in Luft- und Raumfahrt sowie im Automobil- und Schiffbau. Im Leichtbau liegen daher Carbonfaser-verstärkte Kunststoffe (CFK) im Trend, weil sie genau diese Anforderungen erfüllen. Doch ihre Herstellung ist bisher nicht durchgängig automatisiert und daher kostspielig. Das EU-Projekt DrapeBot will den Herstellungsprozess „Draping“ durch die Entwicklung einer agilen und effizienten Mensch-Roboter-Kooperation revolutionieren.

Carbonfaser-verstärkte Kunststoffe (CFK) sind industriell hergestellte Fasern aus kunststoffhaltigem Material, die trotz ihrer enorm hohen Festigkeit über fünfzig Prozent leichter als Stahl und über dreißig Prozent leichter als Aluminium sind. Bei der Herstellung von Kohlenstofffaserverbundteilen wird unter anderem der Prozess des Drapings angewendet. Dabei werden weiche und flexible Carbonfaser-Patches Schicht für Schicht auf eine 3D-Form drapiert bis die notwendige Dicke erreicht ist. Viele Automobil- und fast alle Schiffsstrukturen entstehen auf diese Weise.  In der Luft- und Raumfahrt sind es dreißig Prozent der Verbundwerkstoffteile. Derzeit wird der Großteil des Drapings manuell durchgeführt. Nur fünf Prozent der Verbundwerkstoffteile für die Luft- und Raumfahrt werden in einem automatisierten Verfahren drapiert.

Die größte technische Herausforderung sind die geringen Toleranzwerte

Das robotergestützte Drapieren hat zwar erhebliche Fortschritte in Bezug auf große Materialbereiche und die Genauigkeit gemacht, stößt aber noch bei unterschiedlichen Größen, Formen oder starker Krümmung des Materials an seine Grenzen. Die größte technische Herausforderung beim Drapieren besteht darin, dass das ursprüngliche Material flach ist (2D) und auf eine 3D-Form gelegt werden muss. Die Toleranzmaße sind hierbei gering: Abweichungen im Millimeterbereich und Grad bei Winkeln und die Gefahr der Verschiebung durch Materialkräfte, wenn dieses gestreckt oder verformt wird, gefährden schon die Herstellung. Denkbar ist hier eine Mensch-Roboter-Kollaboration: die Präzisionsarbeit, die der Roboter nicht schafft, wird vom Menschen ausgeglichen.

Das Projekt DrapeBot erforscht und entwickelt zwei Pilotsysteme, in denen Mensch und intelligente Roboter zusammenarbeiten. Das System beim Projektkoordinator Profactor GmbH ist für Anwendungsfälle in Automobil- und Schiffbau vorgesehen. Das zweite System beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) soll Flugzeugteile herstellen. In beiden Systemen geht es um die Interaktion zwischen Mensch und Roboter bei allen Arbeitsschritten. Dazu gehören u.a. Materialanlieferung, Drapieren der Zuschnitte, Durchführung qualitätssichernder Maßnahmen und Dokumentation des Prozesses. Auch die Benutzerfreundlichkeit und das Vertrauensverhältnis zwischen Mensch und intelligentem Roboter sind Teil des Forschungsprojektes. Vertrauensverhältnis bedeutet in dem Fall, dass der Mensch sich darauf verlassen kann, dass der Roboter ihn im Arbeitsprozess nicht verletzen kann.

Networking-Events als Schlüssel zum Projekterfolg

Das Projekt kam im November 2019 durch den von der BayFOR und dem INNOVATION CENTRE DENMARK  gemeinsam organisierten und durchgeführten „Danish-Bavarian Workshop on Robotics/ICT in Horizon 2020“ zustande. Bei diesem entstand der Kontakt zwischen dem DLR und Prof. Matthias Rehm der Aalborg Universität Dänemark, der im Projekt für die Aspekte Benutzerfreundlichkeit und Vertrauen zuständig ist  

„Ich habe an dem Workshop teilgenommen, um unsere Expertise sichtbarer zu machen und mit dem Networking zu beginnen, da wir noch eine sehr junge Institution sind. Wir wollten in ein großes Konsortium einsteigen, um tatsächlich etwas bewirken zu können. Es war ziemlich interessant, weil sowohl die deutschen Partner als auch die dänischen Partner da waren und man sich persönlich mit ihnen austauschen konnte. Interessant und auch völlig neu für mich war, was die BayFOR in Bezug auf Projektunterstützung macht und welche Möglichkeiten es alles gibt.“ so Prof. Rehm.
„Die Leute, mit denen ich bei dem Projekt zusammenarbeite, kannte ich vorher nicht, aber ich traf auf dem Workshop einen ehemaligen Studenten von mir, der am DLR arbeitet und über den dann der Kontakt zum DLR zustande kam. Einen Monat nach dem Workshop wurde ich von Profactor, dem Koordinator des Projekts, kontaktiert, nachdem das DLR uns als Partner für die Mensch-Roboter-Interaktion-Aufgabe vorgeschlagen hatte. Denn genau unser Fachwissen fehlte noch bei dem Projekt; also sind wir an Bord gegangen.“

Für Prof. Rehm sind solche Networking- oder auch Brokerage-Events maßgeblich dafür verantwortlich, ob ein Projekt zustande kommt oder nicht.
„Der Aufbau des Pitch-Events war ideal. Zunächst gab es allgemeine Informationen, dann hatten die Leute die Möglichkeit, sich und ihre Projektideen vorzustellen und schließlich waren die Pausen ein Katalysator für das Networking. Denn am Ende geht es nur um die persönliche Beziehung und das Vertrauen zueinander, um so etwas wie ein großes Konsortium auf die Beine stellen zu können.“
Die EU unterstützt dieses Horizon-2020-Projekt mit 6 Mio. Euro. Davon gehen 2 Mio. Euro an den bayerischen Partner DLR, den die BayFOR bei der Antragstellung unterstützt hat.

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