Neue, digitale Steuerungs- und Bedienkonzepte für innovative Servicerobotik-Komponenten

Das mittelständische Unternehmen Schunk GmbH & Co. KG hatte für eine seiner fortschrittlichen Robotik-Komponenten, eine menschenähnliche Fünf-Finger-Hand, das FZI mit der Entwicklung neuer Bedien- und Steuerkonzepte beauftragt. Entstanden sind neben einem Open-Source-Softwaretreiber für die Roboterhand auch eine in den Komponenten eingebettete Steuerung sowie ein intuitives Bedienkonzept mit mobilen Endgeräten wie Tablets oder Smartphones. Durch diese neu entwickelten innovativen Hard- und Softwarelösungen können die Kosten für Programmierung und Inbetriebnahme, aber auch für Software-Anpassungen von mobilen Serviceroboter-Komponenten erheblich gesenkt werden.

Roboteranwendungen in der industriellen Produktion, aber auch in der Forschung basieren in der Regel auf speziellen Software-Systemen oder Ablaufprogrammen, die genau für diesen Anwendungsfall erstellt wurden. Bisher lassen sich nur sehr wenige Teile der Software bei einer veränderten Anwendung wiederverwenden, was hohe Programmier- und Inbetriebnahme-, aber auch Anpassungskosten verursacht. 

Auch die Mobilität von Robotern ist ein spannendes Thema, das neue Geschäftsmodelle in der Intralogistik und Handhabung ermöglichen. Allerdings erschweren große, energiehungrige Schalt- schränke bzw. Steuerungskästen, die Roboter flexibel an verschiedenen Orten einzusetzen. Solche Robotersteuerungen sind in der Regel zusätzlich mit einem schweren, unhandlichen Teach-Panel ausgestattet, das für die Bedienung des Systems notwendig ist. Diese Hemmnisse wollte die Schunk GmbH & Co. KG gemeinsam mit dem FZI beseitigen.

Die FZI-Forscher wurden beauftragt, eine Lösung zu entwickeln, die die modularen Servicerobotik-Komponenten vernetzen und digitalisieren. Ziel der gemeinsamen Entwicklung mit Schunk war es, einen Roboterarm zusammen mit einer Fünf-Finger-Hand (SVH) auf einem möglichst kleinen Rechner betreiben zu können und insgesamt die Leistungsfähigkeit der Robotik-Komponenten zu demonstrieren, was am eindrucksvollsten sicherlich mit der Roboter-Cocktailbar bei der Stallwächterparty 2015 gelungen ist.

Des Weiteren sollten ein Open-Source-Treiber für die SVH-Roboterhand entwickelt werden, der den Einsatz und die Inbetriebnahme der Roboterhand insbesondere für die Robotik-Community deutlich vereinfacht. Auch stand für eine synchronisierte Bewegungssteuerung die Entwicklung eines intuitiven, Tablet-basierten Bedienkonzeptes mit auf der Projekt-Agenda.

Der Open-Source Treiber für die Roboterhand wurde mit dem Software-Framework Robot Operating System (ROS) erstellt. Neben einer umfassenden Dokumentation und der Bekanntmachung in der ROS-Community stand vor allem auch die Robustheit des Treibers der Roboterhand im Vordergrund. Das System konnte auf zahlreichen nationalen und internationalen Messen zeigen, dass es zuverlässig auch unter schwierigen Bedingungen sicher funktioniert.

Leichter, kleiner und mehr Funktionsumfang

Die synchronisierte Bewegungssteuerung mit dem Roboterarm konnte auf einen Mini-PC (Banana Pi) transferiert werden. Dieser kleine Rechner konnte anschließend vollständig in den Sockel des Roboter-Leichtbauarms intergiert werden. Die kleine Robotersteuerung übernimmt die wesentlichen Funktionen eines klassischen Roboter-Steuerkastens ohne weiteren großen Steuerungskasten oder zusätzlichen Platzbedarf.

Ein weiteres Plus der Neuentwicklung: Die Robotersteuerung bleibt einfach zu vernetzen, bietet ROS-Schnittstellen für Entwickler und macht einen mobilen Betrieb sehr einfach. Für die FZI-Wissenschaftler ist diese nachträgliche Integration von Rechenleistung und zahlreichen Schnittstellen ein gutes Beispiel dafür, wie neue digitale Technologien den Funktionsumfang bestehender Systeme deutlich steigern können.

Das erarbeitete Konzept überzeugte Schunk so sehr, dass die SVH Roboterhand mittlerweile standardmäßig mit einem solchen eingebetteten Mini-PC ausgeliefert wird. Dies ermöglicht den einfachen, direkten Zugang und Einsatz des Systems. In der Kombination mit der neu entwickelten webbasierten Tablet- bzw. Smartphone-Steuerung konnte das FZI so ein weitere neue Technologie nutzen, um die Einstiegshürden deutlich zu reduzieren. Das neue Bedienkonzept ist zwar im Vergleich zu einem klassischen, kabelgebundenen Bedien-Panel ist nicht so robust und auch nicht spezialisiert für den Anwendungsfall, überzeugt aber dennoch durch seine einfache Austauschbarkeit und Übertragbarkeit auf nahezu jedes mobile Endgerät.

Begeisterung auf Messen und Veranstaltungen

Zusammen mit Schunk hat das FZI verschiedene Anwendungen bzw. Beispieldemonstrationen entwickelt, die u. a. auf den Messen MOTEK, dem ERF und auf der Hannover Messe zeigen, welche Potentiale in dem System stecken. Auf der Hannover Messe konnten die Besucher auf dem Schunk-Messestand das vom FZI entwickelte System selbst erleben: beim Händeschütteln von Mensch und Roboter. Das Bild des „Handshake“ von Mensch und Maschine ging als Sinnbild für Industrie 4.0 durch die Presse.

Die zunehmende Verbreitung des Open-Source-Frameworks ROS mit Unterstützung von führenden Robotik-Unternehmen wie Schunk verbessert erheblich die Wiederverwendbarkeit von Software. Neben dem internationalen ROS Industrial Konsortium engagiert sich das FZI z. B. auch in dem Projekt ReApp dafür, basierend auf ROS wiederverwendbare Robotik-Apps zu etablieren.

Auch konnte das FZI zusammen mit Schunk durch die eingebettete Robotersteuerung einen wichtigen Beitrag für die gesteigerte Mobilität von Leichtbaurobotern leisten. Die 2015 begonnene Entwicklung der intuitiven Tablet-basierten Bedienoberfläche treibt das FZI weiter voran und erweitert diese aktuell zu einem innovativen Bedien- und Programmiersystem.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Arne Rönnau

Abteilungsleiter

mehr

Werdegang

Arne Rönnau studierte von 2002 bis 2008 Elektrotechnik und Informationstechnik an der Universität Karlsruhe (TH). Die Schwerpunkte des Studiums lagen in den Bereichen der Regelungs- und Steuerungstechnik sowie Robotik. Seine Diplomarbeit befasste sich mit der Steuerung und 3D-Umweltmodellierung für den sechsbeinigen Laufroboter LAURON. Diese führte er in Kooperation mit der Technischen Universität Karlsruhe in der Abteilung Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (IDS) am Forschungszentrum Informatik (FZI) durch. Seit November 2008 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung IDS und arbeitet an der Optimierung von technischen Laufvorgängen (Laufroboter LAURON), 3D-Datenerfasssung und Umweltmodellierung sowie der Entwicklung innovativer Serviceroboter.

Seit April 2011 leitet er die Abteilung Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (IDS).

Publikationen

Weitere Veröffentlichungen sind in meinem Google Scholar Profil zu finden.

zu den Publikationen

Kontakt

Telefon: +49 721 9654-228
Fax: +49 721 9654-229
E-Mail: roennau@dont-want-spam.fzi.de

weniger