Roboterbasierte Bahnführungsunterstützung von industriellen Handhabungs- und Bearbeitungsprozessen

Abstract

Bestehende Vorrichtungen zur Unterstützung manueller Handhabungs- und Bearbeitungsprozesse sind i.d.R. für eine spezifische Aufgabenstellung bestimmt und zeigen aus diesem Grund besonders bei kleinen Stückzahlen oder großer Variantenvielfalt ein großes Automatisierungspotenzial auf. Ein Ansatz zur Nutzung dieses Potenzials ist der Einsatz von Robotern zur orts-, aufgaben- und benutzerspezifischen Bahnführungsunterstützung. Ziel dieser sog. Assistenzroboter ist die arbeitsteilige Ausführung der Bearbeitungs- bzw. Handhabungsaufgabe mit dem Menschen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, grundlegende Erkenntnisse über die Bahnführungs¬unterstützung von manuellen, industriellen Bearbeitungs- und Handhabungsprozessen mit einem Roboter zu erarbeiten und auf dieser Grundlage Verfahren und Methoden zur benutzer- und aufgabenangepassten Steuerung von stationären und mobilen Assistenz¬robotern zur Bahnführungsunterstützung zu entwickeln. Durch die Entwicklung eines Verfahrens zur Bewegungssteuerung des Positioniersystems zur Bahnführungsunterstützung steht eine Strategie zur Steuerung verschiedenster mobiler, insbesondere auch nicht-holonomer, Plattformen zur Verfügung. Mit diesem Verfahren ist es möglich, das Positioniersystem autonom während der Bahnführungs¬unterstützung einer gegebenen Bahnführung zu steuern. Dieses Verfahren konnte in einer Reihe von Simulationen getestet und verifiziert werden. Ein Verfahren zur Bewegungssteuerung eines Manipulatorarms zur benutzer- und aufgabenspezifischen Unterstützung von Handhabungs- und Bearbeitungsprozessen wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelt. Damit wird ein praxisnahes und schnelles Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem trotz der großen Zahl möglicher Einflussfaktoren, wie Umgebungsbedingungen, Robotersystem, Benutzer und Aufgabenstellung, eine Aufgabe in geforderter Qualität mit der roboterbasierten Bahnführungsunterstützung ausgeführt werden kann. Die erarbeiteten Assistenzfunktionen konnten in einer Reihe von Robotersystemen und Aufgabestellungen verifiziert werden und decken die analysierten Aufgabenstellungen ab.

Existing devices assisting manual handling and machining processes are normally designed for a specific task and show a need for increased flexibility and automation especially for small lot sizes or products with many variants. An approach to use this potential is to apply robots to assist in the execution of task trajectories depending on the location, the process and the user. The aim of these robot assistants is to divide the labour of a handling or machining process between a human and the robot. The intention of this work was to gain substantial insights on the trajectory assistance of manual handling and machining processes to aid in developing methods and techniques for a user and task flexible control of stationary and mobile robot assistants. The developed procedure for controlling the motion of the trajectory assistance’s positioning system provides a strategy for controlling several mobile, also non-holonomic, platforms. With this control mechanism it is possible to control autonomously a mobile platform during the execution of a trajectory assistance. This procedure has been tested and verified through simulations in a implemented simulation-environment. Furthermore a method for a user and task specific motion control of a manipulator was developed assisting handling and machining processes. A specific attribute of this procedure is the feasibility to control the motion of the manipulator in a fast and practical way inspite of large numbers of influencing factors such as environmental conditions, robot system, user and task while still achieving a defined quality. The developed assistance functions were verified with several robot systems and task configurations while covering the defined requirements. The results of the experiments of the robot based trajectory assistance showed the potential of the developed methods and procedures for an industrial use.