Diese Bachelorarbeit behandelt die Grundlagen für die Implementierung einer Gestensteuerung für Industrieroboter. Dabei gilt es, die drei Haupteinflussfaktoren Technik, Mensch und Umgebung so aufeinander abzustimmen, dass Funktion und Sicherheit unter allen Umständen gewährleistet wird. Um dies zu erreichen, wird im nachfolgenden Forschungsprojekt auf die Technologie der virtuellen Realität (VR) zurückgegriffen. Der große Vorteil der VR ist die gefahrlose Durchführung der Forschung. Diese Arbeit und das nachfolgende Forschungsprojekt liefern somit wieder einen weiteren Baustein für die kommende Industrie 4.0.
Ein stetig steigender Automatisierungsgrad und die nächste Stufe der industriellen Revolution bringen neue Herausforderungen im Bereich der Arbeitssicherheit mit sich. Aber nicht nur die Sicherheit der Systeme, sondern auch die Funktionalität steht auf dem Prüfstand. Flexiblere Produktion funktioniert heutzutage noch nicht ohne den Menschen, deshalb ist es notwendig, dass Mensch und Maschine enger zusammenrücken.
Aus dem Inhalt:
- Industrie 4.0.;
- Mensch-Maschine-Systeme;
- Virtuelle Realität;
- Industrieroboter;
- Arbeitssicherheit
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Produktion im Wandel
1.2 Bedeutung und Herausforderungen von Mensch-Maschine-Systemen
2. Stand der Technik
2.1 Richtlinien, Normen und Vorschriften für kollaborierende Systeme
2.2 Sensoren als Schlüssel zur Zusammenarbeit
2.3 Bisherige Anwendungsfelder
3. Forschungsbedarf
3.1 Grundlegend zu beantwortende Fragestellungen
3.2 Bedenken und Wünsche von Anwendern
3.3 Lücken in der bisherigen Forschung und Entwicklung
4. Gestensteuerung zur MRK
4.1 Mögliche Einsatzgebiete und Vorteile der Gestensteuerung
4.2 Analyse der bisherigen Anwendungsfelder auf Übertragbarkeit zur MRK
4.3 Einflussfaktoren auf die Steuerung durch Gesten
4.3.1 Technik
4.3.2 Mensch
4.3.3 Umgebung
4.4 Safety vs. Usability
4.5 Gesten Vokabular – geeignete Gesten für den kollaborierenden Betrieb
5. Zusammenfassung / Weiteres Vorgehen
5.1 Durchzuführende Schritte im Projekt
5.2 Resümee
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit befasst sich mit der Implementierung einer Gestensteuerung für Industrieroboter, um die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) in der Produktion flexibler und effizienter zu gestalten, während gleichzeitig hohe Sicherheitsstandards in hybriden Arbeitssystemen gewährleistet werden.
- Grundlagen der Arbeitssicherheit bei kollaborierenden Robotersystemen
- Technologische Anforderungen an die Sensorik für die Gestenerkennung
- Analyse menschlicher Einflussfaktoren wie Ergonomie und intuitives Verhalten
- Entwicklung eines geeigneten Gesten-Vokabulars für den industriellen Einsatz
- Methodisches Vorgehen in Forschungsprojekten zur Implementierung von Gestensteuerung
Auszug aus dem Buch
4.3.1 Technik
Die Technik lässt sich in die Hauptgruppen Gestenerkennung, Sicherheitskomponenten und ausführende Einheit (Roboter) unterteilen. Wird zu Beginn der Entwicklung eine Simulation verwendet, so wird die Komponente Roboter, durch sie ersetzt.
Gestenerkennung
Für die Gestenerkennung werden einerseits Hardwarekomponenten und zum anderen Softwarekomponenten benötigt. Die Hardware sorgt für die Detektion der Gesten und liefert die Informationen an den Rechner. Die Software identifiziert anschließend die Informationen und gibt die hinterlegten Werte zur erkannten Geste, die Ausführanweisung, weiter an den Roboter.
Um räumliche Gesten detektieren zu können, gibt es mehrere Möglichkeiten. Drei dieser Möglichkeiten werden im Folgendem dargestellt.
Light Coding (IR/RGB Kamera)
Das Light Coding Verfahren wurde durch die israelische Firma Primesense entwickelt. Es basiert grundsätzlich auf der Verwendung von strukturiertem Licht. Im Falle der Kinect auf Infrarotem Licht. Dazu erzeugt ein Infrarotprojektor ein Fleckenmuster (Abbildung 14) welches zur Ermittlung der Tiefeninformationen verantwortlich ist. Dazu wird das ausgestrahlte, definierte Punktmuster mit dem, durch die IR-Kamera, aufgenommenen Punktmuster (verzerrtes Punktmuster) verglichen. Die Informationen werden auf dem Chip der Firma Primesense ausgewertet und per USB-Schnittstelle an den Rechner, zur Weiterverarbeitung, übertragen.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung beleuchtet die Bedeutung von Sicherheit und Rentabilität im Kontext von Automatisierungstechnik und führt in die Thematik der Mensch-Maschine-Interaktion ein.
2. Stand der Technik: Das Kapitel bietet einen Überblick über geltende Richtlinien, Normen und die wesentliche Rolle von Sensoren für die Realisierung kollaborierender Systeme in der Industrie.
3. Forschungsbedarf: Hier werden die zentralen Sicherheits- und Anwendungsfragen sowie die Bedenken von Anwendern erörtert, um Lücken in der Forschung aufzuzeigen.
4. Gestensteuerung zur MRK: Dieses Hauptkapitel analysiert Einsatzgebiete, Einflussfaktoren wie Mensch und Umgebung sowie die ergonomische Gestaltung von Gesten-Vokabularen für den Roboterbetrieb.
5. Zusammenfassung / Weiteres Vorgehen: Das abschließende Kapitel fasst die Erkenntnisse zusammen und skizziert ein dreiphasiges Forschungsprojekt zur praktischen Umsetzung der Gestensteuerung.
Schlüsselwörter
Mensch-Roboter-Kollaboration, MRK, Mensch-Maschine-Interaktion, Gestensteuerung, Arbeitssicherheit, Industrie 4.0, COBOTS, Robotersensorik, Industrielle Produktion, Automatisierungstechnik, Ergonomie, Gesten-Vokabular, Virtuelle Realität, Sicherheitstechnik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten und Voraussetzungen für die Implementierung einer Gestensteuerung bei Industrierobotern, um die Interaktion zwischen Mensch und Maschine in kollaborierenden Systemen sicherer und flexibler zu gestalten.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die zentralen Themen sind Arbeitssicherheit, Sensorik zur Gestenerkennung, die ergonomische Einbindung des Menschen, rechtliche Rahmenbedingungen sowie die Entwicklung intuitiver Steuerungs-Gesten.
Welches primäre Ziel verfolgt die Arbeit?
Das Ziel ist es, die Grundlagen für ein System zu erarbeiten, das durch Gestensteuerung eine effizientere und benutzerfreundlichere Mensch-Roboter-Kollaboration ermöglicht, ohne die notwendigen Sicherheitsstandards zu gefährden.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wird eine fundierte Literaturrecherche, eine Analyse bestehender Richtlinien und Normen sowie die Darstellung eines Konzepts zur methodischen Entwicklung eines Forschungsprojekts (inkl. Simulation und Erprobung) angewendet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert den Stand der Technik, identifiziert Forschungsbedarfe, untersucht die Gestensteuerung als flexible Schnittstelle und beleuchtet Einflussfaktoren aus Technik, Mensch und Umgebung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK), Gestensteuerung, Arbeitssicherheit, Industrie 4.0 und ergonomische Systemgestaltung geprägt.
Wie unterscheidet die Arbeit zwischen verschiedenen Gesten-Typen?
Die Arbeit kategorisiert Gesten in intendierte (bewusste) und nicht intendierte (unbewusste) Gesten sowie funktional in primäre (z. B. Stopp), sekundäre (z. B. Geschwindigkeit) und tertiäre (z. B. Objektdefinition) Gesten.
Warum spielt das Thema "Sicherheit" bei der Gestensteuerung eine so zentrale Rolle?
Da Gestensteuerung eine direkte Interaktion ermöglicht, muss das System sicherstellen, dass Fehleingaben oder körperliche Einschränkungen des Bedieners nicht zu gefährlichen Situationen führen, was bei Industrierobotern aufgrund hoher Massen eine kritische Herausforderung darstellt.
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- Werner Huber (Author), 2016, Kollaborierende Roboter. Aspekte der Arbeitssicherheit auf dem Weg zur Vollautomatisierten Produktion, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/318432
