Robotar används i fler och fler situationer, många av dem involverar samarbete mellan människor och robotar – till exempel att avlasta människor från betungande uppgifter på arbetsplatsen. Utmaningarna är hur man integrerar roboten i arbetsmiljön och hur man använder den. I ett gemensamt projekt med Volkswagen AG, Fraunhofer Institute for Telecommunications, Heinrich Hertz-institutet, HHI, kommer att visa de fördelar som användningen av människa-robotsamarbete (HRC) kan ge för inspektion av svetsfogar inom fordonsindustrin.

Felfria svetssömmar är ett kritiskt kvalitetskriterium inom fordonsteknik. I framtiden, svetsar kommer att inspekteras av ett mänskligt-robotteam, var och en bidrar med sin specifika kompetens och expertis. Styrs av gester och röstkommandon, roboten kommer att hålla och manövrera de specifika komponenterna på plats, medan medarbetaren markerar och registrerar eventuella brister i svetskvaliteten.

Det gemensamma forskningsprojektet EASY COHMO (Ergonomics Assistance Systems for Contactless Human-Machine-Operation) bygger på den många års erfarenhet som Fraunhofer HHI har samlat på sig inom 3D-fångst, 3-D informationsbehandling och 3-D visualisering. Detta system för visuell inspektion av svetsfogar på nyckelkomponenter i biltillverkning är ett bra exempel på hur HRC kan fungera i branschen. Under de kommande åren, denna teknik kommer att ge konkret hjälp med inspektionsprocedurer hos Volkswagen.

Från manuell inspektion till industri 4.0-standarder

Inspektionsprocessen har varit oförändrad i decennier. För det första, varje komponent måste fixeras manuellt i en roterande lägesställare så att den kan inspekteras från alla vinklar. Oundvikligen, detta innebär att den anställde måste inta oergonomiska positioner, vilket kan leda till upprepade belastningsskador. Vidare, endast en kort tid är avsatt för detta komplicerade förfarande, vilket kan ha en negativ inverkan på inspektionens kvalitet.

För närvarande, anställda är fria att genomföra inspektionen på sitt eget sätt. Detta resulterar oundvikligen i ett icke-standardiserat förfarande som gör det svårare att identifiera systematiska defekter utifrån olika inspektörers iakttagelser. Dessutom, sådana defekter blir ofta oregistrerade eller måste mödosamt matas in i ett separat system via tangentbord och mus.

I framtiden, denna inspektionsprocess kommer att vara interaktiv, med robotar som används för att hålla tunga komponenter och manövrera dem till en position där anställda kan inspektera dem på ett ergonomiskt sätt. Sådana robotar kommer att ha minst sex axlar och kommer därför att kunna röra sig, vrid och luta en komponent i alla möjliga riktningar. Roboten tar automatiskt bort en komponent från linjen och presenterar den för inspektion. Den anställde kommer att interagera med roboten med hjälp av explicita och implicita gester, därigenom styr komponenten till önskat läge. Anställda kan koncentrera sin uppmärksamhet på att identifiera defekter och, som ett resultat, kommer att förbise färre defekter.

Multimodal kontroll

Mellanvaran utvecklad av Fraunhofer HHI koordinerar de olika sensorerna som tjänar till att fånga den övergripande arbetssituationen. Baserat på medarbetarens position och gester, programvaran beräknar den nödvändiga rörelsen för robotarmen. Detta säkerställer också användarsäkerheten. Till exempel, närhelst den anställde upphör att titta direkt på komponenten, programvaran stoppar robotarmen som en försiktighetsåtgärd.

"Roboten kan också ställas in att svara på personliga instruktioner, " förklarar Paul Chojecki, projektledare på Fraunhofer HHI. "Vårt nya perceptuella gränssnitt kan behandla en användares individuella gester och röstkommandon. Detta innebär att systemet snabbt kan anpassas till en arbetsstations specifika krav."

Gester används för att markera, kategorisera och bekräfta defekter på komponenten. Med hjälp av exakt objektspårning och projektorbaserad förstärkning förses anställda med ett gränssnitt direkt på komponenten, i sitt arbetsområde. Detta erbjuder ett effektivt och intuitivt sätt att generera en digital 3D-registrering av eventuella defekter i svetsfogarna. Däremot det nuvarande inspektionsförfarandet saknar någon systematisk registrering av defekter, eftersom det är väldigt lite formaliserat informationsutbyte mellan olika anställda. Med det nya förfarandet, eventuella defekter kan omedelbart föras in i systemet och sedan statistiskt utvärderas. Detta innebär att systematiska defekter upptäcks snabbare och därmed kan elimineras i svetsstadiet.

Kan utökas till alla mänskliga robotarbetsstationer

Systemet har ett stort antal sensorer i kombination med multimodala kontroller baserade på en förbättrad mellanvara tillsammans med anpassade bruksanvisningar och maskininlärning. Det är ett tillvägagångssätt som mycket väl skulle kunna ge genombrottet för ytterligare HRC-tillämpningar – och även utöka utrymmet för samarbete och interaktion mellan människor och robotar. Ytterligare användningsområden inkluderar fräsmaskiner, till exempel, eller interaktiva robotassistenter i icke-industriella miljöer – t.ex. inom sjukvården eller tjänstesektorn.