HMI Playground 2.0. Vom Game Controller zum industriellen Roboter Teach-in. Dr. Christian Hüttner. copyright, all rights reserved

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1 HMI Playground 2.0 Vom Game Controller zum industriellen Roboter Teach-in Dr. Christian Hüttner

2 Inhalt Ausgangssituation / Problematik Technologien und Ansätze neue HMI Technologien direkte Bewegungsvorgabe Sensorsysteme Inertialsensorik basierte Teach-in Verfahren KeTop DirectMove Bedienkonzept und Sensorik industrielle Anwendungen Status und Ausblick

3 Ausgangssituation / Problematik

4 Etablierte Roboter-Bedienung Roboterverfahren mittels Tasten Joystick oder Space-Mouse in 6 Freiheitsgraden

5 Praktische Teach-In Anforderungen Verwirrmatrix hohe Abstraktionsfähigkeit hoher Trainingsaufwand Erfahrung Zeitaufwand Grob- und Feinpositionierung in Achskoordinaten (<50cm) in kartesischen Koordinaten (<1mm) exakte Ausrichtung an Bezugssystemen Sicherheit Ziele Zustimmung Einhaltung reduzierter Geschwindigkeit Nähe zu gängiger Bedienung Reduktion der Kosten

6 Technologien und Ansätze

7 Technologie und Interfaces Technologie projiziert kapazitiver Touch Kraft Momenten Sensorik kompakte inertiale Messsysteme leistungsfähige Kameras zum Teil aus consumer Elektronik geerbt Interfaces smart Devices gaming Industrie wearable Computing Natural User Interface Reduktion von Abstraktionsebenen direkte und Intuitive Bedienung

8 Direkte Bewegungsvorgabe Erfassung der Bewegung eines Bedienteils Übertragung auf Roboterbewegung

9 Patente 1977 Renault: Aufzeichnung von Lackierbahnen 1982 Fraunhofer: räumliche Bahnabtastung 1987 LaBiche/Derouen: räumliches Eingabegerät 1988 Weck: Bewegungsführung für Roboter...

10 Direkte Bewegungsvorgabe Positionserfassung Relativbewegung Bewegungsrichtung

11 Direkte Bewegungsvorgabe Kamerasystem KUKA TeachWand, SMErobot

12 Direkte Bewegungsvorgabe Inertialsensoren MoCap, Schleicher

13 DirectMove

14 Sensorsysteme zur Stellungserfassung Sensorprinzip Vorteile Nachteile Optisch Hohe Präzision Hohe Kosten Abschattung Platzbedarf, Installationsaufwand Mikrowellen Genau Geringere Abschattung als optisch Abschattung Installationsaufwand Kosten Akustisch Kostengünstig Geringe Genauigkeit Abschattung und Reflexionen Störungen Magnetisch Kostengünstig Hohe Störanfälligkeit oder hoher Installationsaufwand Abschirmung Inertial Kostengünstig Rein intern Drift

15 Sensorsysteme zur Stellungserfassung MEMS Inertialsensoren Gyroskope

16 MEMS Inertialsensoren Geräte Spiele Controller (Wii Remote) Mobiltelefone (Smartphones) Tablet Computer Fernbedienungen Anwendung Spielsteuerung Lageerkennung Gestensteuerung Navigation...

17 Inertialsensorik basierte Teach-In-Verfahren

18 Bedienkonzept Jog-Funktionen 2-Achs Joystick mit Taster DirectMove Mode freies Richtungsfahren Kartesischer Mode ( Fang ) Achsfahren im kartesischen Raum entlang der nächstgelegenen Achse Griffmode Mitführen der Orientierung des TCP Inertiales Messsystem Einzelachsen Mode Verfahren von Einzelachsen Video siehe ja&list=uu1f0tgrcn0rngyr5rp1nwka

19 KeTop DirectMove Sensorik Inertiales Messsystem (IMU) 3 Beschleunigungssensoren 3 Gyroskope Lage aus Kalman-Filter Ermittlung der Orientierung im Raum Nachführung der Sensor-Offsets Nutzung der Gravitation Drift 1 /min bei 15 min Verwendungsdauer einfache on-the-go Referenzierung

20 Industrielle Anwendungen

21 Feldstudien Bahnbearbeitungsaufgaben Handlingaufgaben erfahrene Teacher und Neulinge Fazit schnellere Bedienung für erfahrene Teacher bis 20% Zeitersparnis erheblich leichterer Einstieg für Neulinge erhöhte Konzentration auf den Roboter

22 KeTop directmove: Anwendungsszenario konstante Umgebungsbedingungen perfekte Welt : kein HBG bei Vorhandensein guter Offline-Daten beim Roboter ist nur noch Korrigieren der Punkte erforderlich minimaler Visualisierungsbedarf einfache Programmierung (Befehl ändern) wenig aufwändige Prozesse Beispiel: zusätzliche Funktionalität im laufenden Betrieb Automatikbetrieb seltenes umteachen KeTop, Laptop, o.ä. unterstützt bei Inbetriebnahme bei Störungen weniger spezialisiertes Personal: Freifahren mit directmove einfach und fehlerfrei

23 KeTop directmove: Anwendungsszenario stark wechselnde Bedingungen Losgrösse 1 Zykluszeit unkritisch keine perfekte Bahnplanung keine / wenig Dynamiken kollaborierende Roboter jenseits der Grenzen directmove Plug and produce neue Einsatzbereiche KMU wenig spezialisiert / generalistisch keine Programmiervertiefung möglich Unterschied macht DER Roboter nicht der spezifische Hersteller intuitive Bedienung Einstiegshürde notwendiges teach-know-how nicht mehr vorhanden Merkmale: Variabilität, Varianz

24 Veränderungen bei der Roboterbedienung Mix aus herkömmlichem HBG + neuer Technologie Einteilung in Phasen: Inbetriebnahme Betrieb 3x- WIN Situation: spart Kosten bei Training Teach-in Hardware 1x HBG z.b.: KeTop oder PDA, Notebook Tablet, senkt Kosten intuitiv, easy-to-use

25 Status und Ausblick

26 KeTop T10 DirectMove Status Funktionalität Jog-Device Integration aller Handfahrfunktionen Verfahrrichtung durch Zeigen Zustimmeinrichtung Not-Stopp Kabelgebunden: Ethernet Status Markteinführung 2014 Integration bzw. Testphase bei zahlreichen Roboterherstellern alternativ: Komplettlösung mit Steuerung

27 Künftige Marktsituation Ausblick klassisches teach-in alternative teach-in Methode kombiniert mit directmove + APPs auf Consumer Geräten Schwachpunkt Editierbarkeit Roboter teach-in Mögliche künftige Funktionen: Dynamiken Überschleifen (Semi-)automatische Bahnoptimierung auf verschiedene Arten

28 KeTop DirectMove Sensorik Ausblick Stützung durch zusätzliche Sensorik in Untersuchung Optischer Sensor aufwändige Signalverarbeitung Abschattung Magnetsensor Störungen in Maschinenhalle Kamera automatisches Referenzieren Kombination mit augmented reality Wireless mit/ohne safety nur Jog-Funktion

29 Danke Danke!

30 KEBA Fakten 1968 gegründet Österreichisches Unternehmen Eigentümer*: Familie Kletzmaier 55 % Robert Kralowetz 30 % Gerhard Luftensteiner 10 % Franz Höller 5 % 940 Mitarbeiter (Gruppe) 181 Mio. Umsatz** Exportanteil 80 % F & E Quote 16 % ISO 9001 zertifiziert seit 1994 * durchgerechnet über Beteiligungsgesellschaften ** Geschäftsjahr GJ14 per

31 Individuelle optimierte Branchenlösungen KePlast Kunststoff KePlast Die optimierte Automatisierungslösung für Kunststoffmaschinen. KeMotion Robotik KeMotion Die komplette Steuerungslösung für Industrieroboter.

32 Individuelle optimierte Branchenlösungen KeMobile allg. Maschinenbau KeMobile Mobile Automation vom Technologieexperten. KeSystems allg. Maschinenbau KeSystems Die Automatisierungslösung für den universellen Einsatz im Maschinen- und Anlagenbau.

33 Kontakt Dipl.-Ing. Dr. Christian Hüttner Product Management HMI Industrial Automation KEBA AG Gewerbepark Urfahr 4041 Linz Austria Phone Mail