FORobotics

mobile, ad-hoc kooperierende Roboterteams

Umfelderkennung, Absicherung und lokale Bahnplanung

Ausgangssituation und Zielsetzung

Für eine erfolgreiche Teamzusammenarbeit, der Interaktion mit Menschen sowie anderen Ressourcen der Produktionsumgebung bedarf es einer flexiblen und leistungsstarken ad-hoc Vernetzung, einer möglichst ganzheitlichen Umgebungserfassung und -interpretation sowie einer auf die jeweilige Teamkonstellation und Aufgabenstellung abgestimmten Bewegungsplanung. Teilprojekt 2 adressiert die hierbei bestehenden Herausforderungen und stellt im Laufe der Projektlaufzeit hinsichtlich ad-hoc kooperierender Roboterteams im Produktionsumfeld zweckmäßige Lösungsvorschläge bereit. Diese werden in Zusammenarbeit mit Teilprojekt 5 evaluiert und in den FORobotics-Demonstratoren (siehe Teilprojekt D) implementiert.

Ziele des Teilprojekts sind unter anderem die Realisierung einer dienstbasierten, interoperablen Kommunikationsarchitektur für die verschiedenen Betriebsmittel, eine echtzeitnahe und vollständige Umfeldmodellierung durch Fusion der plattformnahen Sensoren (u. a. 3D-Kameras, Laserscanner, Ultraschall- und taktile Sensoren, Systemencoder) und eine Fusion dieser Sensordaten mit den Informationen aus der infrastrukturgestützten Ortung. Zu Letzteren gehören sowohl Deckenkameras als auch funkortungsbasierte Systeme. Für eine optimale Interaktion werden aus den gewonnenen Informationen des Umgebungsmodells Bewegungen für die mobile Plattform, den an die Plattform gekoppelten Manipulator sowie eine kombinierte Bewegungsplanung abgeleitet. Neben einer für die jeweilige Aufgabenstellung optimierten Bewegungsausführung liegt ein Schwerpunkt der Entwicklungen auf einer insbesondere menschgerechten Bewegungsweise.

Vorgehensweise

Ziel des ersten Arbeitspaketes ist die Zurverfügungstellung einer interoperablen Kommunikations- und Verarbeitungsstruktur für die verschiedenen Systeme, Ressourcen und Betriebsmittel im Produktionsumfeld der mobilen Plattformen. Aufbauend auf Untersuchungen hinsichtlich der grundlegenden Akteure (z. B. Produktionsleitsystem, andere mobile oder stationäre Roboter, Bearbeitungszentren sowie Werker mit Smart Devices), durch die Produktionsaufgabe festgelegte Randbedingungen (z. B. Determinismus), umweltbedingte Randbedingungen (z. B. elektromagnetische Felder) sowie technologische Randbedingungen (z. B. Datendurchsatz) erfolgt eine entsprechende Umsetzung. Neben der Berücksichtigung echtzeitfähiger Protokolle werden in diesem AP ebenso auch Aspekte zur Vorverarbeitung sowie Informationsfilterung und -Priorisierung von Kommunikationsinhalten adressiert.

Ziel des zweiten Arbeitspaketes ist eine robuste sowie möglichst ganzheitliche plattformnahe Umgebungserfassung und deren Interpretation für nachgelagerte Vorgänge. Hierzu zählen die Detektion und das Orten von Objekten sowie die Prädiktion von Objektbewegungen. Die Umfeldmodellierung erfolgt hierbei durch geeignete Fusion von Sensordaten der mobilen Plattform (u. a. 3D-Kameras, Laser, Ultraschall, Encoder). Insbesondere adressiert das Arbeitspaket eine Bewertung und stochastische Modellierung der Sensoren, die Erkennung von nicht kartierten Objekten (Identifikation, Klassifikation) sowie die Ortung und das Tracking von bewegten Objekten (Personen, mobile Plattformen) aus der Sicht der mobilen Plattform.

An kritischen, sich dynamisch verändernden Stellen des Shop floors, wie z. B. Kreuzungen und Fußgängerübergängen, können Informationen aus der komplementären Perspektive der Infrastruktur helfen Konfliktsituationen zu vermeiden bzw. zu lösen. Arbeitspaket 3 untersucht hierzu wie sich Informationen aus den in der Infrastruktur fest montierten Sensoren (u. a. Deckenkameras und Funkknoten) dafür nutzen lassen die jeweils lokalen Abbildungen der Plattformumgebung zu erweitern.

Die automatisierte lokale Bahnplanung des Plattformmanipulators  und der mobilen Plattform auf Basis einer Aufgabe stellen einen wesentlichen Schlüssel für autonom agierende und wertschöpfende Systeme dar. Ziele dieser beiden Arbeitspakete sind daher das automatisierte Planen von Bewegungen für eine Teamkooperation unter echtzeitnahen Bedingungen, das Planen von Ausweichstrategien (z. B. Geschwindigkeitsreduktion, Bahnveränderung) unter Einbeziehung von geeigneten Kollisionsdetektoren und der fortlaufenden Bewegungsprädiktion auf Plattformebene. Darüber hinaus wird ein automatisiertes Berücksichtigen von Bewegungsrestriktionen (z. B. Aufgrund des Handhabungsobjekts, der Umgebung oder der Aufgabenstellung) adressiert. Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen sollen im Rahmen dieser Arbeitspakete in besonderem Maße dem Mensch-Roboter-Teamaspekt Rechnung getragen werden.

Ziel des letzten Arbeitspaketes innerhalb des Teilprojekts 2 ist die Steigerung des Gesamtaktionsvermögens von Plattform und zugehörigem Manipulator sowie der verschiedenen Plattformen untereinander durch Kombination der beiden lokalen Planungsprozesse (AP4 und AP5) sowie durch Synchronisation zwischen lokaler und globaler Bahnplanung. Ein weiteres wesentliches Ziel dieses Arbeitspaketes ist die Optimierung der Team- und Einzelbewegungen hinsichtlich einer hohen Nutzerakzeptanz. Dies wird durch Implementierung von aus Nutzerstudien abgeleiteter Verhaltensregeln (vgl. TP 5) der mobilen Plattform und des Teams erreicht. Abschließend untersucht AP6 Strategien zur Vermeidung von Systemdeadlocks (z. B. durch den zweckmäßigen Einsatz von Vorfahrtsregeln bezüglich höherpriorisierter anderer Systeme).

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (Univ.) Andreas Blank

M.Sc. Markus Hiller

Projektpartner: