Dipl. Ing. Alejandro de la Dedicación

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1 Dipl. Ing. Alejandro de la Dedicación LP-Montagetechnik GmbH Graf-Zeppelin-Str. 1 D Deutschland Tel.: +49 (0) a.dedicacion@lp-montagetechnik.com

2 Inhaltverzeichnis 1. Motivationen und Ziele von Lean Intelligent Assembly Automation (LIAA) - ein EU-Forschungsprojekt 2. Arbeitsbereiche des Projekts: 2.1 Workplace-Design-Tools, inkl. Risikobeurteilung 2.2 Definition von Aufgaben, Ressourcen und Fähigkeiten 2.3 Robuste, standardisierte Roboter-Fähigkeiten 2.4 Mensch-Roboter-Interaktion durch AR 2.5 Sichere Mensch-Roboter-Kollaboration 3. LIAA Anwendungsbeispiele (Pilot Cases): 3.1 DDE 3.3 FISCHER 3.4 OPEL 2

3 1. Motivationen und Ziele von LIAA Forschungsprojekt. LIAA kollavorativen Arbeitsplätze Arbeitsplatz konfigurieren Mensch + Roboter Zusammenarbeit & Erkennung Risikobeurteilung Prozess-Optimierung Das LIAA Forschungsprojekt beansprucht die Anwendung integrativer und sicherer kollaborativer Roboter-Mensch - Montagesysteme Kollaborative Arbeit Verstand und Anpassungsfähigkeit des Menschen + Ausdauer und Wiederholgenauigkeit des Roboters 3

4 1. Motivationen und Ziele von LIAA Forschungsprojekt. Das LIAA Forschungsprojekt orientiert sich stark an der praktischen Umsetzung kollaborativer Roboter-Zellen. Die Erkenntnisse aus dem Projekt werden in 5 Pilot Cases, die 5 unterschiedliche Bereiche der industriellen Montage vertreten, praktisch angewendet. Opel Fischer DDE TELNET SPINEA Turbocharger Dachträger (Stützfuß) Leiterplatte Mobilfunk Antenne Hochgenaues Getriebe Der sichere Einsatz eines kollaborativen Roboters hat höchste Priorität. Die Verwendung eine neuartigen Software/Tools zur Risiko Analyse unterstütz den Nutzer, damit die Normen aus der ISO , -2 und ggf erfüllt sind. 4

6 2.1 Workplace-Design-Tool & Risikobeurteilung AP-Vorlage wählen Komponenten in Arbeitsplatz einfügen Gefährdungen und KPI berechnen Zusätzl. Gefährdungen hinzufügen Risiko Berurteilung Sicherheits- Maßnahmen berechnen Ursprüngliches Design überprüfen 3D-Design Simulation Design eines kollaborierenden Arbeitsplatzes einschließt 2D und 3D Darstellungen 2D Umgebung Komponenten, Werkzeuge und Teilebereitstellung definieren. 1. Risiko Analyse 3D Umgebung Simulation KPI updaten (Zeiten, Leistung, Kosten ) 2. Risiko Analyse (überwachte Kraft/Geschwindigkeit, Kollisionserkennung) 6

7 2.1 Workplace-Design-Tool & Risikobeurteilung Das Risikobeurteilungs-Tool unterstützt mit der Risiko- und Gefährdungsanalyse die Sicherheitstechnik. Es führt Schritt für Schritt durch die Definition der Gefährdungen, die Risikoberechnung und die Auswahl möglicher Sicherheitsmaßnahmen. Darstellung der Gefährdungen Risiko- Berechnung Sicherheitsmaßnahmen Bericht ausdrucken und unterschreiben 7

9 2.2 Definition von Aufgaben, Ressourcen und Fähigkeiten INPUT (Web based GUI) Montage Aufgaben Einsatzmittel/Werkzeuge Fähigkeiten Die Bezeichnung von Montageaufgaben und Fähigkeiten der eingesetzten Komponenten werden aus einer web-basierten Schnittstelle ausgewählt. Um vereinheitlichte Eingaben machen zu können, müssen im Vorfeld unabhängige Aufgabenbezeichnungen definieren sein: Positionieren, Handhabungen, Prozesse (z.b. Nieten, Einspannen, Verschrauben.) Aufgabe Einsatzmittel Mapping Entsprechende Einsatzmittel Das Verfahren empfehlt automatisch für jeden eingegebene Aufgabe die entsprechende Einsatzmittel.und schließlich die optimierte Ablaufplanung Optimierter Arbeitsplatz KPI - Berechnung Arbeits- Anleitung Ablaufplanung 9

11 2.3 Robuste, standardisierte Roboter-Fähigkeiten Intuitive und vereinfachte Roboter-Programmierung durch Nutzung einer sogenannten skill-based Method : Skill: Einsatzmöglichkeit von Roboter-Systemen Primitive: Eigenschaften von spezifischen Hardware/Software-Komponenten Ermöglichen nicht technischen Nutzern die Anwendung vorbestimmender Roboter-Fähigkeiten (Skills) Die standardisierte Skill-Bezeichnung muss: 1. die Wiederverwendung von Fähigkeiten an verschiedene Roboter-Zellen sicherstellen 2. definieren wie die Primitives sich zu Skills kombinieren lassen können Verschiedene Roboter-Einheiten mit verschiedener Hardware/Software können durch standardisierte Skills die gleiche Aufgabe erfüllen vereinigte Skills Primitives Aufgabe Hardware A B 11

13 2.4 Mensch-Roboter-Interaktion durch AR Im Rahmen des LIAA-Forschungsprojekts wird Augmented Reality (AR) für folgende Zwecke eingesetzt: Als Verbindung zwischen Roboter und Mensch Schnelle und intuitive Roboter-Programmierung AR-Simulation Die Aufgaben des Menschen werden kommuniziert durch eine AR Schnittstelle. Werker-Ausbildung und Training werden durch AR erleichtert Virtuelle Simulation der Ausführung von Roboter- Aufgaben bevor der Roboter tatsächlich eingesetzt wird Validieren von Arbeitsprozessen und Sicherheitseinrichtungen Beispiel AR Roboter-Programmierung [Abb. TU-Berlin] 13 AR-Simulation - Roboter Zelle

15 2.5 Sichere Mensch-Roboter-Kollaboration Alle Informationen des hybriden Mensch-Roboter-Arbeitssystems werden in einem sogenannten World-Model hinterlegt und verarbeitet. Dieses Model enthält Darstellungen aller Objekte innerhalb des Arbeitssystems sowie Informationen bezogen auf: Standort, Richtung, Geschwindigkeit, Referenzierung zwischen Objekten, etc. (Information durch Sensoren) World-Model Die Mensch-Erkennung ist ein wichtiger INPUT für das Wirkliche-Welt - Model. Die Position des Menschen wird im World-Model hinterlegt durch: Skeleton-Tracking Module RGB-D (Red-Green-Blue-Depth) Sensor-based-System Situation-Awareness (Situationsbewustsein) Ist eine dynamische Methode um mögliche gefährliche Umstände vorauszusagen und damit zu vermeiden. Das Model erhält seine Informationen von Sensoren und aus Datenbanken, um: 1. zu definieren, welche Elemente im aktuelle Systemzustand wichtig sind 2. den aktuellen Zustand im Arbeitsprozess zu verstehen 3. zukünftiger Zustände vorauszusehen 15

17 3. LIAA-Anwendungsbeispiele (Pilot Cases): 3.1 DDE (Dresden Elektronik Ingenieurtechnik) Prozess: Hall-Sensoren und Kabel-Litzen in PCB löten Ist - Zustand 6 Hall Sensoren Durchsteckmontage 6 Kabel an PCB (Printed Circuit Board) löten Neu - Zustand Manuelles Löten Löten erfolgt durch Roboter Automatisierte Zuführung des Lötdrahts, abhängig von der Prozessgeschwindigkeit Mensch positioniert die Kabel in PBC Integrierte Schutzvorrichtungen in Lötwerkzeug um Kontakt zur Werkerhand zu vermeiden Einsatzmöglichkeit einer mobilen Robotereinheit mit integrativer Schutzeinrichtung Kollaborativer Arbeitsplatz mit angedockter mobiler Robotereinheit Automatisiertes Lötwerkzeug 17

18 3. LIAA-Anwendungsbeispiele (Pilot Cases): C 3.1 DDE (Dresden Elektronik Ingenieur Technik) Mobile Robotereinheit Kleine und mittlere Unternehmen mit kleineren Losgrößen und variantenabhängigen Arbeitsplätzen Merkmale Einziehbare Laufrollen Integriertes Plug-and-Play Workplace-Desig-Tool Adaptierte Basic- Schutzvorrichtungen Vorteile Flexible Einsatzmöglichkeiten an unterschiedlichen Arbeitsplätzen Schnelle Konfiguration der Aufgaben Kurze Rüstzeit Arbeitsplatz-Schutzeinrichtungen (bewegliche und starre Roboter-Zelle) Integrierter Schutz-Zylinder für die Spitze des Lötkolbens Schutzwände (z.b. Makrolon) Lichtgitter 18

19 3. LIAA-Anwendungsbeispiele (Pilot Cases): 3.2 FISCHER Ist - Zustand Drachträger werden kpl. manuell montiert Gehäuse wird am Stützfüss manuel vernietet Prozess: Zusammenbau und Nietverbindung eines Dachträgers (Stützfuß) Neu - Zustand Dachträger wird bis zur Roboter-Zelle manuell montiert Baugruppe in die Aufnahme des Roboters manuell einsetzen Der Roboter bewegt die Aufnhame unten der Nietpistole bis alle Nieten gesetzt sind. Nietpistole ist hinter dem manuellen Arbeitsbereich platziert, um den Sicherheitsabstand zu garantieren Roboter-Arbeitsbereich ist durch Lichtgitter abgesichert Verwendung einer mobilen Robotereinheit ist möglich Vorrichtung des Arbeitsplatzes Automatisierte Nietpistole mit Steuerung Blindniete und Blindnietpistole Kollaborative Roboter Zelle in eine One-Piece-Flow Anlage integriert 19

20 3. LIAA-Anwendungsbeispiele (Pilot Cases): 3.2 FISCHER CAD-Modell der Roboter Niet-Station (Entwurf) 2 Vehindert Eintreten in Roboter- Arbeitsbereich 1 Aufbau-Möglichkeiten der Nietpistole Beispiel der manuellen Übergabe der Baugruppe in die Aufnahme des Roboterarmes [Fraunhofer IPA Stuttgart] [Fraunhofer IPA Stuttgart] 20

21 3. LIAA-Anwendungsbeispiele (Pilot Cases): 3.3 OPEL Prozess: Zusammenbau eines Turbochargers Neuprodukt Roboter setzt Gehäuse in Rundschalttisch-Aufnahme ein Roboter versorgt Werker mit Unterbaugruppen Rundschalttisch-Montagesystem [LMS Upatras] Die Werker montieren die Produkte und schrauben alle Komponenten manuell vor. Roboter übernimmt das Festziehen aller Schrauben Roboter-Arbeitsbereich wird durch Lichtgitter abgesichert Ausschleusen der fertigen Produkte erfolgt durch Roboter Beispiel Robotergreifer [LMS Upatras] 21

22 3. LIAA-Anwendungsbeispiele (Pilot Cases): 3.3 OPEL CAD-Modelle des kollaborativen Arbeitsplatzes mit integriertem Rundschalttisch [LMS Upatras] [LMS Upatras] 22

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