Indoor-GPS basierte Roboterzelle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Durch den Einsatz von kooperierenden Robotern als vorrichtungslose Montageeinheit sind produzierende Unternehmen in der Lage, schneller auf schwankende Marktbedingungen zu reagieren. Ein wichtiges Kriterium für den wirtschaftlichen Einsatz der Roboter ist die Möglichkeit, die auf Basis von (virtuellen) Planungsdaten „offline“ erstellten Roboterprogramme an der realen Anlage direkt „online“ nutzen zu können. Voraussetzung dafür ist ein geometrischer Abgleich der virtuellen mit der realen Montageanlage, was aufgrund der komplexen Systemstruktur technisch nur durch die Integration von Messtechnik möglich ist. Die Entwicklung eines Demonstrators zur wandlungsfähigen Montage und Untersuchung der Eignung von externen Messsystemen, wie z. B. dem iGPS für die absolutgenaue Positionierung kooperierender Roboter in einem gemeinsamen Bezugssystem, definiert den Forschungsrahmen des Großgeräts „iGPS-basierte Roboterzelle“. Diese wurde mittlerweile durch eine Reihe von Erweiterungen zum „GRS-basierten Roboterpark“ ausgebaut. Die globalen Referenzsysteme (GRS) stellen die Daten des iGPS (Messung von Posen in einem raumzeitlichen Bezugssystem) für heterogene Anlagen (z.B. bei der Großbauteilmontage) bereit. GRS definieren einen Kommunikationsstandard, mit dem die Montageentitäten Zugriff auf ein Netzwerk von Informationen erhalten und somit bei Bedarf einen holistischen Maschinenzustand beobachten können. Mit der Kenntnis der jeweiligen Positionsabweichung sind die Roboter in der Lage, selbstständig ihren Positionierfehler zu kompensieren und damit die heute notwendigen manuellen Anpassungen von virtuellen Planungen zu vermeiden. Beispiele für die Ergebnisse sind die Entwicklung von Schnittstellen für mehrere Kombinationen aus Messsystemen und Robotern sowohl zur Kalibrierung als auch für die Regelung einzelner und kooperierender Roboter. Dabei wird insbesondere die hardware-übergreifende und nicht deterministische Funktionsweise der Funktion von GRS untersucht. Die Untersuchung und Simulation der erreichbaren (dynamischen) Positionsunsicherheit mit verschiedenen Systemen lässt den Schluss zu, dass eine Regelbarkeit der Roboter durch externe Messsysteme möglich ist. Parallel dazu werden Modelle zur Simulation der Sichtlinien und der Messunsicherheit von optischen Messsystemen (mit einem Fokus auf iGPS) erarbeitet, die die Validität der Messwerte im Sinne einer Prüfprozesseignung sichern. Zur Validierung der entwickelten Methoden an realitätsnahen Szenarien aus der Industrie werden vor allem aktuelle Entwicklungen aus der Metall- und CFK-Verarbeitung betrachtet, bei denen die absolutgenaue Bewegung der Manipulatoren im Vordergrund stehen. Beim vorrichtungslosen Schweißen mit kooperierenden Robotern (BMBF-Projekt: ProAktiW) steht die Regelung der Positionierung von Baugruppen im Vordergrund, indem die Best-Fit-Kanten vor dem Fügeprozess mittels Machine-Vision identifiziert und in die Regelung mit einbezogen werden, während das Bauteil aber weitestgehend starr modelliert wird. Die Arbeiten des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ im Teilprojekt „Cognition-enhanced, Self-optimising Assembly Systems“ (ICD D3) beziehen auch Bauteilverformungen in den Kompensationsprozess mit ein und verdeutlichen damit die technischen Potenziale von kooperierenden Robotern, die durch eine Synchronisierung von virtueller Planung und realer Montage erzielt werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Cooperation of Industrial Robots with Indoor-GPS. Proceedings of the International Conference on Competitive Manufacturing - COMA '10, Hrsg.: Dimitrov, D., Stellenbosch University Stellenbosch/Südafrika 2010, ISBN 978-0-7972-1322-7, S. 215-224
Norman, A. et al.
- Indoor-GPS based robots as a key technology for versatile production. Proceedings for the joint conference of ISR 2010 (41st International Symposium on Robotics) and ROBOTIK 2010 (6th German Conference on Robotics), (ISR-2010), 07.6.-09.6.2010, Munich, Hrsg.: V.ISR ; ROBOTIK 2010, VDE Verlag Berlin 2010, ISBN 978-3-8007-3273-9, S. 199 -205
Schmitt, R., Schönberg, A. & Damm, B.
- Kompensation von Abweichungen bei Absolutbewegungen von Industrierobotern durch Indoor-GPS. Automation 2010 - Der 11. Branchentreff der Mess- und Automatisierungstechnik, Baden-Baden 15. und 16. Juni 2010, Hrsg.: Wissensforum, VDI-Berichte 2092, VDI-Verlag Düsseldorf 2010, ISBN 978-3-18-092092-4, S. 411-414
Schmitt, R. & Schönberg, A.
- Performance Evaluation of iGPS for Industrial Applications. Proceedings of the 2010 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 15-17 September 2010, Zürich, Switzerland, Hrsg.: Mautz, R.; Kunz, M.; Ingensand, H., IEEE New York 2010, ISBN 978-1-4244-5864-6, S. 448-455
Schmitt, R. et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/IPIN.2010.5647630) - Global referencing systems and their contribution to a versatile production. Proceedings of the 2011 International Conference on Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 21-23 September 2011, Guimarães, Portugal, Hrsg.: Moreira, A.; Meneses, F., Departamento de Sistemas de Informação, Universidade do Minho Guimaraes/ Portugal 2011, ISBN 978-972-8692-63-6 (Online)
Schmitt, R. et al.
- Measuring Arm Calibration. Proceedings of the European Computing Conference (ECC ’11), Paris, France April 28-30, 2011, Hrsg.: Leandre, R.; Demiralp, M.; Tuba, M.; Vladareanu, L.; Martin, O.; Mastorakis, N.; Gillich, G.; Cismas, S., WSEAS Press Paris/ France 2011, ISBN 978-960-474-297-4, S. 222-227
Light, T. et al.
- Referenzsysteme für wandlungsfähige Produktion. Wettbewerbsfaktor Produktionstechnik - Aachener Perspektiven, Hrsg.: Brecher, C.; Klocke, F.; Schmitt, R.; Schuh, G., Shaker Verlag Aachen 2011, ISBN 978-3-8440-0087-0, S. 449-477
Demeester, F. et al.
- Dynamic scene recognition with a monocular moving camera for industrial robotics. Proceedings of the 8th IEEE International Symposium on Instrumentation and Control Technology (ISICT 2012)- London July 11-13, 2012, Hrsg.: Huang, D., IEEE Piscataway/ USA 2012, ISBN 978-1-4673-2616-2, S. 110-115
Schmitt, R.,Cai, Y.,Tomelin, L., Chen, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ISICT.2012.6291625) - Estimation of the absolute camera pose for environment recognition of industrial robotics System-Integrated Intelligence: New Challenges for Product and Production Engineering - Proceedings of the first Joint International Symposium on System-Integrated Intelligence 2012 (SYSINT2012). Conference Proceedings June 27th - 29th 2012 Hannover, Germany, Hrsg.: Denkena, B.; Gausemeier, J.; Scholz-Reiter, B., Hannover 2012, ISBN 978-3-943104-59-2, S. 134-137
Schmitt, R.,Cai, Y.,Fang, S.
- Improving Accuracy of Cooperating Robots by Prediction of the Igps-Signal-Stability. MM Science Journal 50 (2012), Special Issue, MATAR 2012, ISSN 1803-1269 ; 1805-0476 (Online)
Schmitt, R.,Müller, R.,Jatzkowski, P.,Duffe, A.,Quinders, S.
- Validation of iGPS as an external measurement system for cooperative robot positioning. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2012)
Norman, A. et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00170-012-4004-8)
