Intuitive Programmierung

M. Riedl, E. Schmidt, Prof. Dr. D. Henrich,

Videoschnitt trifft intuitive Roboterprogrammierung

Der Lehrstuhl für Robotik und Eingebettete Systeme der Universität Bayreuth hat das Konzept der Playback-Programmierung um eine graphische Benutzeroberfläche erweitert. Damit lassen sich Programme nachträglich editieren oder externe Sensorik einfach anbinden.

Mittels die Handführung wird eine Bewegung des Roboters für einen Fasperspritzprozess aufgezeichnet. © Uni Bayreuth

Schon seit der Entwicklung der ersten Robotersysteme beschäftigen sich Forscher mit der Frage, wie eben diese schnell und intuitiv programmiert werden können. Die Hypothese dabei lautet, dass Robotersysteme rentabler werden und sich somit in kleinen- und mittelständischen Unternehmen und Haushalten weiterverbreiten, je intuitiver diese programmiert werden können. Dabei steht im Vordergrund, dass die Bedienung und Programmierung der Robotersysteme durch Nicht-Experten stattfinden können muss, welche keinerlei Kenntnisse einer Programmiersprache besitzen.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden schon unterschiedliche Ansätze entwickelt. So wird im Bereich des „Programmierens durch Vormachen“ der Roboter mithilfe von mehreren Demonstrationen der auszuführenden Aufgabe programmiert. Ein weiterer Ansatz ist das Programmieren durch Virtuelle oder Erweiterte Realität (VR/AR), bei der der Benutzer das Robotersystem mithilfe von VR-/AR-Brillen und Zeigegesten programmiert. Als letzter Ansatz sei die Playback-Roboterprogrammierung genannt, bei der der Benutzer den Roboter an die Hand nimmt und ihn selbst durch die gewünschte Aufgabe führt, wobei ein Programmiersystem im Hintergrund die demonstrierte Ausführung aufzeichnet. Die aufgezeichnete Aufgabenausführung wird im Anschluss vom Roboter identisch wieder abgespielt.

Anzeige

Der Lehrstuhl für Robotik und Eingebettete Systeme der Universität Bayreuth nimmt das Konzept der Playback-Programmierung auf und erweitert es um eine graphische Benutzeroberfläche. Die Benutzeroberfläche zeichnet sich dadurch aus, dass sie Elemente des Videoschnitts verwendet und das Editieren der aufgezeichneten Roboterprogramme erlaubt. Der graphische Aufbau ist dabei an den typischen Aufbau von Videoschnittsoftware angelehnt, in dem einzelne Zeitleisten für verschiedene Roboter(-komponenten) des Systems, eine 3D-Vorschau für die Simulation der Roboterbewegungen und eine Werkzeugleiste für verschiedene Funktionen zur Verfügung gestellt werden. Zentraler Bestandteil des Programmiersystems ist dabei die Übersetzung des handgeführten Roboterprogramms in eine graphische Darstellung entlang von Zeitleisten, welche möglichst leicht verständlich sein soll. Auf dieser Darstellung lässt sich vor dem Ausführen eines Programms die aufgezeichnete Bewegung editieren und erweitern, so dass aus der ursprünglichen Aufzeichnung sehr komplexe Roboterprogramme entstehen können.

Ein Screenshot der graphischen Benutzeroberfläche mit zwei Robotern. © Uni Bayreuth

Nachträgliche Editierbarkeit und Einbindung von Sensorik
Zu den Besonderheiten des Systems zählt zum einen die nachträgliche Editierbarkeit der aufgezeichneten Programme und zum anderen die einfache Einbindung externer Sensorik, um auf Änderungen der Umgebung reagieren zu können. Durch die Darstellung der Roboterprogramme entlang von Zeitleisten ist es möglich, diese per Drag-and-Drop mit typischen Editiermöglichkeiten des Videoschnitts (kopieren, einfügen oder löschen) zu bearbeiten. Somit können Teilbereiche der aufgezeichneten Bewegungen wiederholt werden und Fehler aus dem Programm entfernt werden, ohne dass eine erneute Aufzeichnung der vollständigen Bewegung notwendig ist.

Zusätzlich erhalten die Benutzer die Möglichkeit, Sensoreindrücke in Form von beispielsweise Kamerabildern in die Roboterprogramme einzufügen und diese während der Ausführung auszuwerten. Mit Hilfe der Sensorik besteht die Möglichkeit, anhand der festgestellten Umgebungszustände Wiederholungen oder Alternativen in die Programme einzubauen. Während bei Wiederholungen anhand des Sensoreindrucks entschieden wird, ob ein Teilbereich eines Programms ein weiteres Mal ausgeführt werden soll, wird bei einer Alternative entschieden, welches Teilprogramm ausgeführt wird. Diese Funktionalität ist an den Konzepten der Schleife und der bedingten Anweisung angelehnt, welche als Kontrollstrukturen in der klassischen Programmierung ebenfalls anzutreffen sind.

Anwendungsmöglichkeiten
Die Einsatzfelder dieses Programmierkonzeptes sind vielfältig und können insbesondere im Bereich der Kleinserienproduktion angewendet werden. Die auf Nicht-Experten ausgerichtete Bedienung ermöglicht die schnelle Erstellung neuer Programme, was bereits bei kleinen Änderungen in der Umgebung notwendig ist. Zeitgleich kann durch die Handführung bei Prozessen, welche besondere Fertigkeiten erfordern, wie beim Beschichten von Oberflächen, die Erfahrung des Benutzers in den Programmierprozess direkt integriert werden. Eine Anwendungsmöglichkeit bildet die Montage von Baugruppen oder das Sortieren von Werkstücken, für die ein Industrieroboter mit Greifer genutzt wird. Beim Sortieren können dann die Sensoreindrücke verwendet werden, um zwischen unterschiedlichen Werkstücken zu unterscheiden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist das Auftragen von Material auf Werkstücken. Hierbei wird zum Beispiel im Fall von Faserspritzprozessen ein Faser-Schlicker-Gemisch auf einer Rohform aufgetragen. Für einen solchen Prozess sind neben dem Roboter weitere Geräte zu programmieren, die ebenfalls in die Benutzeroberfläche integriert werden.

Derzeit existieren zwei Prototypen, welche in den oben genannten Anwendungsmöglichkeiten genutzt werden. Für die Zukunft ist geplant, die Benutzeroberfläche um weitere Funktionen, wie dem manuellen Anpassen der Bewegung innerhalb der 3D-Simulation, zu erweitern und die Bedienung der neuen Funktionen für einen Nicht-Experten intuitiv zu gestalten. as

© MHI

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhl­inhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotik­bereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: http://www.wgmhi.de.

© Uni Bayreuth

Kurz erklärt: Robotik an der Universität Bayreuth
Der Lehrstuhl für Robotik und Eingebettete Systeme der Universität Bayreuth wurde im Jahr 2003 von Prof. Dr. Dominik Henrich gegründet. Er beschäftigt sich mit Robotern als Informationsverarbeitende Systeme, welche ihre Umwelt erfassen, verändern und mit ihr interagieren können. Ein Forschungsschwerpunkt ist die Koexistenz und Kooperation von Mensch und Roboter. Ziel ist es, die strikte räumliche Trennung zwischen Mensch und Roboter aufzuheben, um ihre Stärken synergistisch zu kombinieren. Weitere aktuelle Schwerpunkte liegen in der intuitiven Roboterprogrammierung und -instruierung und der CAD-Rekonstruktion mit handgehaltenen Tiefenkameras. www.ai3.uni-bayreuth.de.

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem INDUSTRIAL Production Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite