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Industrielle Automation 6/2018

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Industrielle Automation 6/2018

KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Optische Intelligenz Kamerabasierte Sensor-Software verleiht Robotern neue Fähigkeiten Roboter übernehmen nicht nur Handling-Aufgaben, sie sind mehr und mehr in der Lage, haptische Informationen aufzunehmen. Möglich wird dies mithilfe von Bildverarbeitungslösungen. Einem Startup-Unternehmen ist es gelungen, kostenintensive elektronische Sensoren durch eine neue Software und gängige Kameras zu ersetzen. Und nun sind visionäre Partner-Unternehmen gesucht. fänger dient. Und dieses Konzept wurde auch für die taktilen Sensoren an den Fingern der Greifer angewandt. Treibende Kräfte in der Weiterentwicklung dieser Techologie waren Dr.-Ing. Nicolas Alt, Dr. Clemens Schuwerk und M. Sc. Stefan Lochbrunner. Das Prinzip der Sensorsoftware- Technologie Die Software misst diese Verformung ebenfalls durch das Bildanalyseverfahren und berechnet anhand eines Materialmodells die anliegenden Kräfte und Momente. Die Software ist anwendbar auf komplette Robotersysteme, Roboterarme, Greifer oder mobile Roboterplattformen und ermöglicht die intelligente Steuerung dieser Systeme. Vorteile in der Praxis Die RoVi-Software ersetzt viele Sensoren in Robotersystemen, wodurch sich u. a. der Verkabelungsaufwand reduziert. Die aktuelle Roboterkonfiguration wird über externe Kameras und Software gemessen, sodass Verbindungselemente nicht zwangsweise möglichst steif konstruiert und hochpräzise gefertigt werden müssen. Stattdessen können nachgiebige Elemente und Materialien sowie einfachere Fertigungsverfahren mit geringerer Präzision eingesetzt werden. So lassen sich Kosten sparen und komplexe Schutzsysteme vermeiden. Mit flexiblen Elementen kann jedoch die Position des Arms nicht mehr mit wie herkömmlich über die Gelenkstellungen und das starre Robotermodell berechnet werden. Eine externe Kamera in Verbindung mit der RoVi-Software ermöglicht dagegen trotzdem die präzise Berechnung der Position von Arm und Endeffektor, da auch Verformungen über die Kamera erfasst werden. Kennwerte im Vergleich zur traditionellen Robotik Industrielle Roboterarme mit herkömmlichen Hardware-Sensoren weisen sehr hohe absolute Genauigkeiten von < 0,1 mm und hohe Gelenkgeschwindigkeiten auf, da sie speziell Die Idee für die kamerabasierte Sensorsoftware für intelligente Roboter entstand aus der Doktorarbeit zum Thema ‚Visuell-haptische Umgebungswahrnehmung für autonome Robotersysteme‘ von Mitgründer Dr.-Ing. Nicolas Alt. Inspiriert von der Beobachtung, wie Roboterstaubsauger absichtlich und wiederholt auf Hindernisse für die taktile Kartierung stoßen, entwickelte er während seiner Promotion einen taktilen Sensor für mobile Roboterplattformen. Der Sensor bestand aus einem einfachen Schaumstoffbalken, der von einer bereits vorhandenen Kamera am Roboter beobachtet wird und gleichzeitig als weicher Stoß- Angela Struck, freie Journalistin & Geschäftsführerin, Presse Service Büro GbR, Langenpreising Wir fokussieren uns auf Roboterarme, die sensitiv agieren, technisch vereinfacht und wirtschaftlich herstellbar sind Grundlage der taktilen Fähigkeit bildet eine Sensorsoftware, die komplexe hardwarebasierte Sensorsysteme ersetzt und Robotern quasi das Fühlen durch Sehen ermöglicht. Die technische Innovation umfasst die robuste Messung von Gelenkstellungen, Positionen, Greifkräften, Kontaktprofilen und anderen taktilen bzw. haptischen Kontaktinformationen mithilfe von Bildverarbeitung und extern um den Arm oder am Greifer angebrachten Kameras. Bildanalyse berechnet Gelenkstellung und Verformung Die Software berechnet die Gelenkstellungen eines Roboterarms im dreidimensionalen Raum mithilfe von Bildanalyse-Algorithmen. Kraft-Momentensensoren und taktile Sensoren werden durch einfache passive flexible Elemente wie Schaumstoff ersetzt. Kontaktkräfte führen zu charakteristischen Verformungen dieser Elemente. dafür konstruiert wurden. Hardware-Sensoren können hier Abtastraten von > 1 kHz liefern. „Es ist nicht das Ziel unserer Technologie, mit diesen Werten zu konkurrieren“, sagt Dr. Schuhwerk. „Ein relevantes Maß für Roboter in unbekannten und veränderbaren Umgebungen ist die relative Der Link zum Video Anschaulich: kamerabasierte Steuerung eines ‚sensor losen‘ Roboterarms www.rovi-robotics.de/video-arm 66 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2018

Wir sind dabei, wenn smarte Dinge Standard werden. Funktionsprinzip der kamerabasierten Sensorsoftware für das intelligente Greifsystem Unsere hochgenauen Niedrigstdrucksensoren überwachen Volumenströme und Drücke in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen und sorgen so für deren energieeffizienten und wirtschaftlichen Betrieb. Genauigkeit zwischen Roboter und Zielobjekt. Und hier sehen wir unser Terrain. Genauso wie jeder Industriearm, der mit einer Kamera ergänzt wird, sind wir dabei durch die kamerabasierte Lageschätzung des Zielobjekts begrenzt. In typischen Setups mit einfachen Kameras erreichen wir ca. 1 mm. Ultra HD-Kameras erlauben < 0,3 mm. Wir streben eine Geschwindigkeit von < 45°/s an“ erläutert Clemens Schuwerk. Das sei für Roboter ‚außerhalb des Käfigs‘ eine sichere Wahl und wird ebenso von vielen existierenden Robotern verwendet. Die Genauigkeit der taktilen und Kraft- Momenten-Sensoren hängt stark von der Kameraeinstellung (Abstand, Auflösung) ab. In typischen Fällen wird eine Genauigkeit von unter 5 % erreicht, die mit der Genauigkeit von Hardware-Sensoren im mittleren Preissegment vergleichbar ist. Greifsystem erlaubt die direkte Ansteuerung des Motors Für das intelligente Greifsystem mit integriertem Stereo-Kamerasystem und kamerabasierter Sensorik wurde der Zweibacken- Greifer MPLM1630HAN von Gimatic eingesetzt. Zum einen passt dieser gut zu den Anwendungen der aktuellen Baugröße zur Kommissionierung von Kleinteilen. „Vor allem aber konnten wir keinen alternativen Greifer am Markt finden, der uns eine direkte Ansteuerung des Motors erlaubt“, erinnert sich der Jungunternehmer. Diese Schnittstelle ist wichtig, damit die Sensordaten aus der Software dazu verwendet werden können, den Greifprozess intelligent zu steuern und zu überwachen. Der Gimatic Greifer erlaubt durch die offene Schnittstelle zum Motor die schnelle und einfache Entwicklung eines Prototyps. Erschließen neuer Einsatzfelder Traditionelle Industrieroboter wie sie zu Handhabung von Materialien, Montage oder in der Logistik Einsatz finden, sind heute zum Großteil auf bestimmte Anwendungen vorprogrammierte Spezialisten. „Mit unserer Technologie zielen wir nicht auf traditionelle Anwendungen ab, wo sehr geringe Zykluszeiten für fest definierte Aufgaben benötigt werden. Unsere Sensorsoftware ermöglicht neuartige Roboterarme und -greifer, die sensitiv und autonom agieren, dabei aber technisch stark vereinfacht und wirtschaftlich herstellbar sind“, erläutert der Mitbegründer die Vision. Anwendungen finden sich in sämtlichen Bereichen der Industrie, aber bevorzugt dort, wo eine flexible und sichere Handhabung von Objekten nötig ist wie in Logistik, Landwirtschaft oder Nahrungsmittelindustrie. Blick in die Zukunft Erstmals wurde die kamerabasierte Sensorsoftware für einen Tischroboterarm auf der Hannover Messe 2018 vorgestellt. „Wir konnten mit wichtigen Entscheidungsträgern sowie mit Anwendern aus der Industrie sprechen und unser Produkt präsentieren. Als junges Startup verfolgen die drei Forscher das primäre Ziel, die Technologie bei Pilotkunden zum Einsatz zu bringen. Dabei sind sie auf der Suche nach visionären Unternehmern, deren Prozesse sie mit deratigen Robotersystemen automatisieren können. Bilder: RoVi Robot Vision www.rovi-robotics.de www.first-sensor.com

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