Mensch-Maschine Interaktion für intuitive Programmierung lernender Roboter. Jochen Steil & Dr. C. Emmerich Universität Bielefeld

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1 Mensch-Maschine Interaktion für intuitive Programmierung lernender Roboter Jochen Steil & Dr. C. Emmerich Universität Bielefeld Forschungsinstitut für Kognition und Robotik (CoR-Lab) & Exzellencluster Kognitive Interaktionstechnologie & Spitzencluster Intelligente Technische Systeme it s-owl

2 (KMU-) Robotik Roadmap Quelle: EUron strategic research agenda

3 (KMU-) Robotik Roadmap Easy to Prozessintegration, Konfigurierbarkeit integrate? 7+ Achsen Leichtbau- technologie Kraftregelung Knickarm Sicherheit bis 6-Achsen vollautomatisch Quelle: EUron strategic research agenda Mensch- Maschine Interaktion Easy to use?

4 Robotik Roadmap Prozessintegration, Konfigurierbarkeit Quelle: Knickarm 6-Achsen vollautomatisch 7+ Achsen Leichtbau- technologie Kraftregelung Sicherheit Mensch- Maschine Interaktion Technolgietreiber für die digitalisierte Industrie (4.0)

5 Die Vision: SME- und kollaborative Robotik Quelle: Kuka Quelle: Fanuc Quelle: CoR-Lab Quelle: CoR-Lab/Harting, FlexIMon

6 Drei Perspektiven: Bedienung, Programmierung, Engineering Perspektive MMI/Lernen Target Projekt/System Nutzer/in, Mitarbeiter/in Intuitive Bedienung, Adaptivität im Betrieb Personalisierung, Ergonomie, Wissensweitergabe Programmier-er/ in Intuitive Interfaces, vor-ort Programmierung durch Nicht-Experten einfache Konfiguration, flexibler Einsatz Applikations - entwickler/in, Integrator Assistenz im Systemdesign, durchgängige Modellierung, wandlungsfähige Produktion Applikation

7 Drei Perspektiven: Bedienung, Programmierung, Engineering Perspektive MMI/Lernen Target Projekt/System Nutzer/in, Mitarbeiter/in Intuitive Bedienung, Adaptivität im Betrieb Personalisierung, Ergonomie Programmierung Programmier-er/ in Intuitive Interfaces, vor-ort Programmierung durch Nicht-Experten einfache Konfiguration, flexibler Einsatz Engineering, Applikations - Integration entwickler/in, Integrator Assistenz im Systemdesign, durchgängige Modellierung, wandlungsfähige Produktion Applikation

8 Perspektive Nutzer Mitarbeiter/in Programmierung Applikations - entwicklung, Integration Welche Roboter brauchen wir? intuitiv damit teaching, Kommunikation einfach möglich wird Humanoide Form (Arm, Torso): - bessere Kommunikation - besseres Verständnis der Bewegung - Unterstützt durch Nutzerstudien

9 Perspektive Nutzer Mitarbeiter/in Interaktionsstudie mit Harting Mitarbeitern Programmierung Applikations - entwicklung, Integration Für HARTING erwies sich die Studie als Erfolg, da die Mitarbeitenden den Leichtbauroboter mit seinen intelligenten Assistenzfunktionen als Bereicherung ihres Arbeitsalltages wahrgenommen haben und nicht als Bedrohung für ihre Arbeitswelt. D. Harting & P. Harting, Digitales Neuland, 2015

10 Perspektive Nutzer Mitarbeiter/in Welche Interaktion brauchen wir? Forschungsstand: Programmierung Applikations - entwicklung, Integration Modellprojekte (insb. in Autoindustrie) mehr nutzerorientierte Evaluation notwendig Nutzer verstehen Aufgaben intuitiv Nutzer verstehen Roboters nicht intuitiv => führt zu Fehlbedienungen! bessere, intuitivere MMI notwendig!

11 Drei Perspektiven: Bedienung, Programmierung, Engineering Perspektive MMI/Lernen Target Projekt/System Nutzer/in, Mitarbeiter/in Intuitive Bedienung, Adaptivität im Betrieb Personalisierung, Ergonomie Programmierung Programmier-er/ Programmierung in Intuitive Interfaces, vor-ort Programmierung durch Nicht-Experten einfache Konfiguration, flexibler Einsatz Engineering, Applikations - - entwickler/in, Integration entwicklung, Integrator Integration Assistenz im Systemdesign, durchgängige Modellierung, wandlungsfähige Produktion Applikation

12 Perspektive Nutzer Mitarbeiter/in Mensch-Maschine Interaktion für Roboterprogrammierung: Forschung Programmierung Applikations - entwicklung, Integration Learning Movement Primitives for Force Interaction Tasks. J. Kober, M. Gienger, J. Steil, ICRA, 2015

13 Mensch-Maschine Interaktion für Roboterprogrammierung Model-free Path Planning for Redundant Robots using Sparse Data from Kinesthetic Teaching, D. Seidel, C.Emmerich, J. Steil, IROS, 2014

14 Mensch-Maschine Interaktion für Roboterprogrammierung Programmierung hoch-redundanter Roboter Echten Mehrwert für unsere Kunden! - Dieses Ziel treibt unsere 700 motivierten Mitarbeiter zu Höchstleistungen an. Wir haben uns die Aufgabe gestellt, mit unseren innovativen, immer unter Produktionsbedingungen erprobten Schweißprozessen maßgebend zum nachhaltigen wirtschaftlichen Erfolg Ihres Unternehmens beizutragen - und daran lassen wir uns messen! CLOOS: Ihre Marke für innovative Schweißtechnologie! Im Fokus steht dabei unsere Prozesskompetenz beim Schweißen und Schneiden unterschiedlichster Eisenoder Nichteisenmetalle. Wir bieten unseren Kunden individuelle Lösungen, optimal abgestimmt auf Produkt- und Fertigungsanforderungen entweder in Verbindung mit unseren flexibel konfigurierbaren Schweißstromquellen oder im Rahmen hochintegrativer automatisierter Bahnumfasst darüber hinaus intelligente Lösungen Carl aus den Bereichen Cloos Software, Sensorik und Sicherheitstechnik immer auf Ihre Bedürfnisse zugeschnit- Schweisstechnik ten! GmbH Cloos liefert Ihnen Full Service aus einer Hand! Und das sind Ihre Vorteile: Individuelle und maßgeschneiderte Prozess- und Produktlösungen: Wir wollen Ihren wirtschaftlichen Erfolg! Hohe Branchen- und Engineeringkompetenz: Wir wissen, worauf es Ihnen ankommt! Professionelle Beratung und hohe Servicequalität weltweit. Wir begleiten Sie von Anfang

15 Mensch-Maschine Interaktion für Roboterprogrammierung Christian Emmerich, Dissertation, Nov. 2015

16 Mensch-Maschine Interaktion für Roboterprogrammierung Christian Emmerich, Dissertation, Nov. 2015

17 Mensch-Maschine Interaktion für Roboterprogrammierung Kinesthetic teaching using assisted gravity compensation for model-free trajectory generation in confined spaces, J. Steil et al., ECHORD-BOOK, 2014

18 Perspektive Nutzer Mitarbeiter/in Anwendungsbeispiel: Automatische Prüfung von Druckgussteilen Programmierung Engineering, Integration

19 Zwischenfazit Intuitive Mensch-Maschine Interaktion Teaching von Pfaden für komplexe Roboter keine externe Modellierung notwendig keine externe Simulation notwendig schnelle Konfigurierbarkeit vor Ort intuitives Belehren vs. Optimalität wenig bekannt, was Nutzer verstehen unklar, welches Feedback nützlich Teaching von Kräften Integration mit Produktionstechnik Reduktion von Engineeringkosten (offene) Standards for Applikationsentwicklung => Wirtschaftlichkeit noch nicht darstellbar

20 Drei Perspektiven: Bedienung, Programmierung, Engineering Perspektive MMI/Lernen Target Projekt/System Nutzer/in, Mitarbeiter/in Intuitive Bedienung, Adaptivität im Betrieb Personalisierung, Ergonomie Programmierung Programmier-er/ in Intuitive Interfaces, vor-ort Programmierung durch Nicht-Experten einfache Konfiguration, flexibler Einsatz Applikations - entwickler/in, Integrator Engineering, Integration Assistenz im Systemdesign, Assistenz in Fehlerbehebung, durchgängige Modellierung, wandlungsfähige Produktion Applikation

21 Perspektive Nutzer Mitarbeiter/in Modellbasierte Softwareentwicklung Programmierung Engineering, Integration

22 Perspektive Nutzer Mitarbeiter/in Modellbasierte Softwareentwicklung Programmierung Engineering, Integration problematisch: sichere, flexible Greiftechnik it s OWL FlexIMon: Messedemonstrator

23 Perspektive Nutzer Mitarbeiter/in FlexiMiR: Produktionstechnik mit Integration interaktiver Robotik Programmierung Engineering, Integration Projekt itsowl-fleximon (1. bis 3. Forschungsjahr) Konfiguration auf Modulebene Projekt itsowl-fleximir (4. und 5. Forschungsjahr) Konfiguration auf Komponentenebene mit interaktiver Roboterprogrammierung von Alternativen Planen Bewerten Konfigurieren Lernen problematisch: Offline-Programmierung

24 Perspektive: KMU-Robotik durch integrierte MMI! Intuitive Mensch- Maschine Interaktion Automatisierungs- und Produktionstechnik Flexible Produktionssysteme? Software Engineering Interaktive Robotik durchgehende Modellierung Programierung ohne Experten