ImRoNet
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Eine wichtige Aufgabe des Personals industrieller Prozessanlagen besteht in der
regelmäßigen Inspektion und Wartung der Anlagentechnik. Viele dieser
Arbeite sind einfache Routinearbeiten, die durch autonome oder teleoperierte mobiler
Roboter übernommen werden können. Insbesondere in für Menschen gefährlichen
Umgebungen wie z.B. auf Offshore-Anlagen sowie in chemischen oder petrochemischen
Produktionsanlagen kann damit nicht nur eine Senkung der Betriebskosten, sondern
auch eine Verbesserung der Arbeitssicherheit erzielt werden. Durch die direkte Interaktion
der Roboter mit dem Personal vor Ort, z.B. zur Instruktion neuer Aufgaben oder zur
Unterstützung in Problemsituationen, kann zudem der Bedarf an hochqualifizierten
Fachkräften reduziert werden. Für den sicheren Betrieb und die Akzeptanz
bei den Benutzern ist eine möglichst einfache und intuitive Steuerung der eingesetzten
Roboter notwendig. Ziel des Forschungsvorhabens ImRoNet
war es deshalb, neue, multimediale/multimodale Nutzerschnittstellen zur intuitiven
Bedienung von Robotern in diesem Einsatzfeld zu konzipieren und experimentell zu
validieren. Dabei wurden sowohl Benutzerschnittstellen zur Teleoperation als auch
zur direkten Interaktion der Roboter mit dem Personal vor Ort betrachtet.
Anwendungsszenarien
Im Rahmen von ImRoNet wurden zwei neue mobile Roboterplattformen aufgebaut, auf
denen unterschiedliche Anwendungsszenarien zur Unterstützung eines Arbeiters
vor Ort sowie zur teilautonomen Teleoperation umgesetzt wurden.
AR-unterstützte Wartung vor Ort
Bei der AR-unterstützten Wartung hat der Benutzer vor Ort die Möglichkeit,
ein an einem mobilen Manipulator angebrachtes Bedienpanel zu steuern. Das Bedienpanel
ist mit einer Kamera ausgestattet, deren Bild auf den Bildschirm übertragen
wird. Mittels Augmented Reality können in dieses Bild weitere Informationen
wie z.B. Arbeitsanweisungen oder aktuelle Prozessparameter integriert werden. Das
AR-System kommt dabei ohne externe Marker zur Referenzierung aus, da die Position
des Displays und damit der Kamera im Raum jederzeit aus der Roboterposition errechnet
werden kann. über eine am Bedienpanel angebrachte 6-D-Maus können sowohl
Arm- als auch Plattformbewegungen vorgegeben werden. Mit Hilfe der Sensorik des
Roboters – insbesondere einem Laserscanner und mehreren Ultraschallsensoren, die
an der mobilen Plattform angebracht sind – wird sichergestellt, dass dabei keine
Kollisionen mit dem Benutzer oder der Umgebung auftreten.
Teilautonome Teleoperation
Der für die teleoperierte Durchführung von Wartungs- und Inspektionsaufgaben
wie z.B. dem Ablesen von Anzeigen oder Drehen von Stellrädern eingesetzte Roboter
ist zusätzlich mit einem drei-Finger-Greifer am Roboterarm und erweiterter
Sensorik zur 3-D-Umgebungserfassung und Kollisionsvermeidung ausgestattet. Mit Hilfe
eines haptischen Eingabegeräts fährt der Bediener den Roboter durch die
Umgebung, um mit diesem so in die Nähe der zu inspizierenden oder zu manipulierenden
Objekte zu gelangen. die graphische Benutzeroberfläche visualisiert dabei die
Umgebung des Roboters sowie relevante Sensordaten. Haptische Vibrationseffekte geben
dabei Rückmeldung über drohende Kollisionen mit Hindernissen und erhöhen
so die Sicherheit. Erkennt der Roboter mit Hilfe seiner Sensoren ein Stellrad oder
eine Anzeige, so wird dieses in der Benutzeroberfläche angezeigt. über
das haptische Eingabegerät kann der Bediener ein Objekt auswählen und
nachfolgend den automatischen Betrieb des Roboters starten. Dieser fährt zunächst
zu einer für die Aufgabe geeigneten Position. Je nach Art des ausgewählten
Objekts wird dann z.B. automatisch ein Stellrad gegriffen und auf- oder zugedreht
oder die Kamera auf das Zielobjekt fokussiert und das Bild auf die Benutzeroberfläche
übertragen.
Unterstützung durch einen entfernten Experten
Für die Unterstützung eines Arbeiters vor Ort durch einen entfernten Experten,
werden über den Roboter Arbeitsanweisungen visualisiert und demonstriert. Dazu
ist der Sensorkopf des Roboters zusätzlich mit einem Projektor ausgestattet,
so dass Arbeitsanweisungen in die Umgebung projiziert werden können.
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