Eye Robot

Neuartiger Industrieroboter pi4_workerbot sieht mit Digitalkameras von Allied Vision Technologies.



Roboter sind in der industriellen Fertigung nichts Neues. Jeder kennt zum Beispiel die schweren und dennoch hochpräzisen einarmigen Löt- bzw. Lackierroboter der Automobilindustrie. Solche Automaten übernehmen schwere und sich wiederholende Aufgaben, um die Qualität und Produktivität in der Produktion zu erhöhen. Nachteil der meisten Industrieroboter ist jedoch, dass sie sehr kapitalintensiv sind und nur mit größerem Aufwand umprogrammiert werden können. Daher rentieren sie sich nur für in großen Serien gefertigte Produkte und glänzen nicht immer mit Flexibilität.

Der Trend der heutigen, schnelllebigen Wirtschaft geht allerdings eher in Richtung kürzerer Produktlebenszyklen, höherer Produktvielfalt und schnellerer Anpassung an neue Marktbedürfnisse. Mehr Flexibilität heißt der heilige Gral der industriellen Produktion.

pi4_workerbotpi4_workerbot: Roboter mit menschlicher Flexibilität
pi4_robotics GmbH, ein Robotik- und Bildverarbeitungsspezialist mit Sitz in Berlin, hat im Rahmen des EU-geförderten Forschungsprojekts PiSA (Assembly System Integrated Project) einen neuartigen Roboter entwickelt, der menschliche Flexibilität in die Industrieautomation bringt. Der sogenannte pi4_workerbot ist ein kompakter Roboter, der viele einfache, unqualifizierte Aufgaben übernehmen kann, die bisher von Menschen ausgeübt werden mussten. Der pi4_workerbot ist darauf hin konzipiert, ähnlich wie ein menschlicher Mitarbeiter mit geringem Umschulaufwand neue Aufgaben zu lernen oder von einem Arbeitsplatz zum anderen zu wechseln.

Auch wenn der pi4_workerbot kein reiner humanoider Roboter ist, hat er schon gewisse Ähnlichkeiten zu einem Menschen: Seine Größe (knapp über 2 m) und seine Proportionen ähneln denen eines Menschen, sodass er in etwa so viel Platz braucht wie eine Person. Ähnlich wie ein Mensch hat er zwei hochbewegliche Arme, einen Kopf und Augen. Beine hat er zwar nicht, sodass er sich nicht selbstständig bewegen kann, dafür steht er mit der gesamtenSteuerungstechnik auf einer rollenden Plattform und lässt sich so leicht von einem Arbeitsplatz zum nächsten hinbewegen. Lediglich eine Stromversorgung braucht der pi4_workerbot an seinem neuen Arbeitsplatz. Alles andere trägt er mit sich.

Dank der eingebauten Sensorik (Kameras und in die Arme eingebaute Kraftsensoren) kann der pi4_workerbot „sehen“ und „fühlen“, was er anfasst und manipuliert. So ist er in der Lage, feinfühlige Fügeaufgaben zu übernehmen und die Qualität seiner Arbeit selbst zu kontrollieren.

Bis zu drei Augen für übermenschliches Sehvermögen
Eine Besonderheit des pi4_workerbots ist seine umfangreiche Ausstattung mit Bildverarbeitungstechnik. Je nach Ausführung und Aufgabenstellung verfügt er über bis zu drei Digitalkameras. Für Anwendungen, die eine räumliche Wahrnehmung des Arbeitsplatzes erfordern, wird eine optionale Time-of-Flight-Kamera mittig im Kopf montiert. Für Inspektionsaufgaben können zusätzlich zwei Digitalkameras von Allied Vision Technologies mit unterschiedlichen Leuchteinheiten am Kopf angebracht werden. Bei den Kameras handelt es sich um Flächenkameras mit FireWire IEEE1394 Schnittstelle wie etwa die kleine AVT Guppy (IEEE 1394a) oder die leistungsstarke AVT Stingray (IEEE 1394b).

„Aufgrund seines flexiblen Konzepts benötigen wir für den pi4_workerbot nicht nur eine bestimmte Kamera sondern eine ganze Kamerapalette, aus der wir je nach Kundenanforderung die richtige Kamera finden können“, erklärt Dipl.-Ing. Matthias Krinke, geschäftsführender Gesellschafter von pi4_robotics. Wichtig ist dabei, dass die Kameras sich leicht in das System integrieren lassen bzw. dass die Kamera bei Bedarf für eine neue Aufgabe einfach ausgetauscht werden kann. „Die FireWire Digitalkameras von Allied Vision Technologies liefern die optimale Lösung“, so Krinke. „Alle AVT-Kamerafamilien mit ihrer vielfältigen Sensor- und Funktionsauswahl lassen sich problemlos an das System anbinden. Die FireWire-Schnittstelle ist mit ihrer integrierten Stromversorgung besonders bequem und einfach in der Umsetzung und ermöglicht eine benutzerfreundliche Plug-and-Play-Funktionalität“. Der pi4_workerbot sei aber nicht auf eine bestimmte Kameraschnittstelle festgelegt, so Krinke. Bei Bedarf lassen sich zum Beispiel auch Digitalkameras mit Gigabit Ethernet Interface integrieren.

Lernfähig und einfach zu bedienen
Entscheidend für die Flexibilität des pi4_workerbot ist seine intelligente Software. pi4_control ist eine Softwarelösung, die Bildverarbeitung mit Maschinensteuerung verbindet. So lassen sich Inspektionsaufgaben besonders einfach und effizient programmieren, etwa indem der Roboter Objekte greift und im Blickfeld der Kamera bewegt, um die optimale Prüfqualität zu erreichen. So demonstrieren pi4_robotics und Allied Vision Technologies auf dem AVT-Stand auf der VISION 2010 in Stuttgart eine Applikation des pi4_workerbot, bei der der Roboter verchromte Peugeot-Embleme für einen Automobilzulieferer inspiziert. Die verchromte Oberfläche generiert Spiegelungen und Lichtreflexionen, die für eine Prüfung mit Bildverarbeitung eine Herausforderung darstellen. Außerdem erfordert die komplexe, verwinkelte Form des Wappenlöwen, dass das Teil gedreht wird, um alle Ecken und Kanten zu erfassen. Genau wie ein Mensch es tun würde, hält der pi4_workerbot das Erzeugnis vor sein (Kamera)auge und bewegt es, um von allen Seiten nach Oberflächenfehlern zu suchen.

Die pi4_control Software koordiniert nicht nur die Maschinensteuerung und die Bildverarbeitung, sie glänzt auch mit einer besonders einfachen Benutzeroberfläche. Dank ihr lässt sich der pi4_workerbot auch von geschultem Personal ohne umfangreiche Roboterprogrammierkenntnisse schnell und unkompliziert auf eine neue Aufgabe umprogrammieren.

pi4_workerbot entlastet Menschen in der Industriefertigung
pi4_workerbot and laser engravingDie potentiellen Einsatzgebiete des pi4_workerbots sind vielfältig. Mit ihm lassen sich zum Beispiel Montage-, Prüf- oder Verpackungsaufgaben durchführen, die bisher nicht automatisiert werden konnten und von unqualifizierten Arbeitskräften übernommen wurden. Dank des pi4_workerbots können solche personalintensiven Aufgaben, die bisher aus Kostengründen meist in Niedriglohnländern verrichtet wurden, an Standorten in Hochlohnländern erhalten bleiben. Auch für Arbeitsplätze, die eine Gefährdung der Mitarbeiter mit sich bringen – etwa durch die Manipulation von Chemikalien oder Laserstrahlen – bietet der pi4_workerbot eine interessante Alternative.