Mensch-Roboter-Zusammenarbeit in der Industrie 4.0

Die Rolle des Menschen in der Produktion von morgen wird häufig diskutiert. Welche neuen Aufgaben kommen hinzu? Im Forschungsprojekt ARIZ erarbeitet Festo, ein Entwickler und Anbieter von Automatisierungssystemen, mit Partnern wirtschaftlich vielversprechende Einsatzgebiete.

Maschinen und Roboter mit umfassenden Sicherungssystemen und entsprechender Sensorik ermöglichen, dass Mensch und Maschine sich im gleichen Arbeitsraum bewegen und ohne Schutzzaun zusammenarbeiten können. Um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, hat sich das Projekt ARIZ zum Ziel gesetzt, einen flexiblen und wandlungsfähigen Produktionsassistenten in sicherer Mensch-Maschine-Kooperation aufzubauen. Dadurch kann der Demonstrator später an wechselnden Produktionsarbeitsplätzen eingesetzt werden. Dort soll er die Mitarbeiter entlasten, indem er assistiert und monotone, ergonomisch einseitige Aufgaben abnimmt. 

Ein weiteres Projektziel ist, die besonderen Qualifizierungsbedarfe der Mitarbeiter, die an diesen Produktionsarbeitsplätzen mit Robotern zusammenarbeiten, abzuleiten. Festo Didactic entwickelt dafür ein entsprechendes Lernsystem, das die Mitarbeiter optimal auf ihre Aufgabe in der Produktion der Zukunft vorbereitet.

Roboter als Wanderarbeiter 

Bisher übernehmen Roboter meist nur einen einprogrammierten Arbeitsablauf. Im Projekt entwickeln die Partner einen Demonstrator für die variantenreiche Produktion, der verschiedene Aufgaben übernehmen kann: Im Sinne der wandlungsfähigen Produktion soll er nicht fest verbaut werden, sondern mobil beweglich sein und flexibel eingesetzt werden. Der Assistenzroboter wird mit dem übergeordneten IT-System vernetzt, um selbst Informationen abrufen zu können und dadurch den Bedienern die Konfiguration zu vereinfachen. 

Festo hat den Einsatz in der Prozessanlaufstufe – einem Bereich, in dem neue Technologien getestet werden, bevor sie in die Produktion überführt werden –  erfolgreich getestet. Dort hilft ein APAS-Roboter von Bosch bei der Qualitätsprüfung von Leiterplatten. „Derzeit entwickeln wir das Konzept des ‚Wanderarbeiters‘ weiter und überführen die APAS-Roboter in die Fertigung und die Elektronikmontage. Dort soll er flexibel an unterschiedlichen Montagearbeitsplätzen unterstützen“, berichtet Michael Voß, Forschungsingenieur und Projektleiter von ARIZ bei Festo. 

Herausforderung Variantenvielfalt

„Große Herausforderungen für die Montage mit dem Roboter sind individualisierte Produkte und viele Varianten in kleinen Losgrößen“, erklärt Michael Voß. „Die Automatisierung macht nur Sinn, wenn sie wirtschaftlich ist. Dafür sollten beispielsweise möglichst wenig unterschiedliche Schraubentypen und -größen eingesetzt werden, damit der Roboter nicht ständig den Schrauber wechseln muss.“

Auch bei Greifaufgaben ist entweder Standardisierung der Schlüssel zum Erfolg oder es sind universelle Lösungen wie der adaptive Formgreifer DHEF von Festo gefragt. Dieser nutzt das Prinzip der Chamäleon-Zunge, um unterschiedlichste Objekte formschlüssig zu greifen. Mit seiner elastischen Silikonkappe kann er sogar mehrere Gegenstände in einem Greifvorgang aufnehmen und gesammelt ablegen – ohne dass ein manueller Umbau notwendig ist.

Projektpartner

Neben Festo Automation ist auch Festo Didactic im Projekt ARIZ beteiligt. Die RWTH Aachen University erforscht die arbeitswissenschaftlichen Auswirkungen der Mensch-Roboter-Kooperation, beispielsweise im Sinne der Akzeptanz. Die Robomotion GmbH entwickelt auf Basis des Wanderarbeiter-Konzepts Montage-Stationen. 

Konsortium:

  • Festo AG & Co. KG
  • Festo Didactic SE
  • Human-Computer Interaction Center der RWTH Aachen University (HCIC)
  • Institut für Unternehmenskybernetik e.V. der RWTH Aachen University (IfU)
  • Lehrstuhl für Informationsmanagement im Maschinenbau der RWTH Aachen University (IMA)
  • Zentrum für Lern- und Wissensmanagement der RWTH Aachen University (ZLW)
  • robomotion GmbH

Das Projekt ARIZ wird unter dem Förderkennzeichen 01FG14003A im Zuge des Programmes "Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Bild: Roboter als Wanderarbeiter: Für die wandlungsfähige Produktion ist er nicht fest verbaut, sondern mobil beweglich.

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