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Zukünftig ohne Schutzzaun

Mobile kollaborative Robotik im Flugzeugbau bei Airbus

In dem EU-Projekt Valeri tragen mobile Manipulatoren, also fahrbare Industrieroboter, Dichtmasse auf einen Flugzeugrumpf auf bzw. prüfen Flugzeugbauteile – und das Seite an Seite mit dem Menschen.
In dem Valeri-Projekt (Validation of Advanced, Collaborative Robotics for Industrial Applications) haben Forscher die technischen Voraussetzungen dafür geschaffen, dass Mensch und Roboter nebeneinander arbeiten können. Am Beispiel des Auftragens der Dichtmasse am Flugzeugrumpf und beim Prüfen von Bauteilen haben sie am Airbus-DS-Standort in Sevilla bewiesen, dass zukünftig Zäune und andere Schutzeinrichtungen aus den Produktionsstätten verschwinden. Menschen und Roboter arbeiten dann direkt nebeneinander, vielleicht sogar an demselben Bauteil. Das Projekt hat sich auf drei Aufgaben konzentriert: das Auftragen der Dichtmasse entlang einer Nut, das Kontrollieren im Anschluss und das Prüfen geflochtener CFK-Bauteile. Während die ersten zwei Anwendungen eng miteinander verbunden sind, hat das Projekt-Konsortium eine dritte Anwendung ausgewählt, um die allgemeine Flexibilität des Systems zu zeigen. Der Roboter ist dabei in der Lage, Werkzeuge zu wechseln. Dazu ist die Ausführung neuer Prozesse schnell vorzunehmen. Zu Beginn des Projekts hat Kuka einen omniRob-Roboter so angepasst, dass seine Reichweite für das Spektrum der vorgesehenen Aufgaben geeignet ist. Beispielsweise ergänzten die Experten die Plattform durch eine drehbare und vertikale Linearachse, sodass der komplette Roboter zwölf Freiheitsgrade und eine menschenähnliche Reichweite besitzt. Die Koordinierung eines solch hyperredundanten Systems zur Abstimmung aller Bewegungen war notwendig, damit der Valeri-Roboter sich intuitiv programmieren lässt und seine Aufgaben erfüllen kann.

Taktile Sensoren und Kameras

Forscher vom Fraunhofer IFF entwickelten taktile Sensoren und ein kamerabasiertes Arbeitsraumüberwachungssystem als Sicherheitstechnik für die direkte Mensch/Roboter-Kollaboration. Die taktilen Sensoren erkennen Berührungen: Sobald eine biomechanische Belastungsgrenze erreicht wird, stoppt der Roboter. Zuvor ermittelten die Forscher maximal zulässige Geschwindigkeiten für den Roboter. Diese Daten sind wichtig, denn sie helfen bei der Validierung kollaborierender Roboter mit Sicherheitsmaßnahmen zur Kraft-und-Leistungsbegrenzung. Außerdem können die taktilen Sensoren für die haptische Interaktion mit dem Roboter verwendet werden. Anwenderstudien haben bestätigt: der Bediener führt den Roboter intuitiv und einfach so, wie er sich bewegen soll. Das Arbeitsraumüberwachungssystem besteht aus einem Tiefenbildsensor mit drei Stereokamerapaaren. Es erfasst die Bewegung des Werkzeugs und legt ein virtuelles Schutzfeld um diesen Bereich. Bewegt sich nun ein Mensch oder ein Objekt in das Schutzfeld, hält der Roboter an und vermeidet eine Kollision. Die IDPSA-Experten entwickelten ein Werkzeug zum Auftragen der Dichtmasse und integrierten es in die Robotersteuerung. Damit kann das Auftragen der Dichtmasse eng mit der Geschwindigkeit und Orientierung des Roboters abgestimmt werden. Prodintec integrierte nach Anpassungen ein kamerabasiertes Werkzeug für die Bauteilortung. Die Kamera erfasst 3D-Punktwolken und kann mit einer CAD Matching Software die Bauteile erkennen und orten. Somit kann Valeri die Bauteile, die nicht immer in der gleichen Position in der Fabrik stehen und teilweise auf Rollen sind, lokalisieren und bearbeiten. Profactor integrierte zwei weitere Werkzeuge, mit denen der Roboter die Dichtmasse und die geflochtenen CFK-Bauteile prüfen kann.

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