13/02/2021
Door Ad Spijkers
Houd de vlakke hand in de lucht, veeg naar links of rechts. Net als bij gameconsoles zullen robots in fabrieken voortaan contactloos worden bestuurd. De industriële gebarenbesturing is klaar voor de markt.
De handbesturing is ontwikkeld door onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU). Ze is gebaseerd op de intelligente koppeling van optische sensoren, nieuwe beeldverwerkingsmethoden en contactloze gebruikersinterfaces. Dit maakt de directe samenwerking tussen mens en robot in de productie intuïtiever, efficiënter en ergonomischer. De geldende richtlijnen voor machineveiligheid en gegevensbescherming worden hierbij in acht genomen.
Handbesturing
In de toekomst zullen mensen hun armen en handen in de lucht voor zich bewegen zonder te communiceren met hun menselijke collega's maar met hun robotcollega's. Tijdens de ontwikkeling deed dit de onderzoekers denken aan het dirigeren van een koor of orkest. Ook bij de gebarenbesturing letten de leden van het 'koor', de robots, op arm- en handbewegingen. Conventionele bedieningselementen zoals knoppen en schakelaars zijn overbodig. De operators kunnen op natuurlijke wijze bewegen om met de robots om te gaan - alsof ze een andere persoon in de fabriek een 'stop' of een richting laten zien met een handsignaal.
Om ervoor te zorgen dat de contactloze robotbesturing werkt, hebben de Fraunhofer-onderzoekers speciaal ontwikkelde algoritmen voor padplanning, slimme optische sensoren, snelle en stabiele beeldverwerkingsmethoden en vrij te plaatsen gebruikersinterfaces op elkaar afgestemd. De technologie brengt gebarencontrole van games naar de industrie. De bewegingen van de spelers worden geregistreerd en direct omgezet in manoeuvres. Programmeerkennis is niet meer nodig voor directe besturing. De medewerkers besturen de robots intuïtief.
Carrosseriebouw
De besturing van industriële robots door gebaren is technisch volwassen en betrouwbaar. Het voldoet aan de veiligheidseisen voor certificering in overeenstemming met de Machinerichtlijn. Processen voor anonimisering zijn ook geïntegreerd. Omdat de resulterende gegevens niet in een cloud worden opgeslagen, maar ter plaatse in de fabriek worden verwerkt, is de gegevensbescherming ook geborgd volgens de AVG.
Bij Volkswagen Sachsen in Zwickau zijn de voordelen aangetoond bij de productie van een moderne modulaire elektrische aandrijving. De drijfveer voor deze ontwikkelingspartner was om de ergonomie voor de medewerkers in het test- en werkstation aan het einde van de laslijn in het carrosseriebedrijf te verbeteren. De Fraunhofer-onderzoekers hebben aangetoond dat hun systeem van gebarengestuurde heavy-duty robots veel voordelen heeft bij de productie. Medewerkers kunnen de positie en uitlijning van de robot individueel en in kleine stappen instellen. Dit maakt de productie efficiënter en flexibeler.
Deze bediening vergemakkelijkt de samenwerking tussen mensen en robots. Mens en robot werken vaak naast elkaar zonder beschermingshek, maar directe interactie was tot nu toe niet mogelijk. In de directe omgeving van mensen schakelen industriële robots om veiligheidsredenen uit. Nu kunnen beide veilig direct samenwerken.
Cyber Physical Human Systems
Het intuïtief aansturen van productierobots met gebaren is een voorbeeld van cyberfysische mens-machine-systemen (Cyber Physical Human Systems of CPHS). Fraunhofer-IWU werkt hierin nauw samen met de Technische Universität Chemnitz over de grenzen van wetenschappelijke disciplines heen. Daar wordt onderzoek gedaan naar op cognitie gebaseerde ondersteuning van psychologische processen en de implementatie daarvan in technische systemen met behulp van kunstmatige intelligentie-algoritmen.
De nauwe interactie tussen mens en technologie in Industrie 4.0 laat zien hoe belangrijk het is om technologie en menswetenschappen te combineren. In de toekomst zullen veel complexere taken alleen door mens en technologie samen kunnen worden beheerst. Dit vormt nieuwe uitdagingen voor de mensgerichte technologieontwikkeling, bijvoorbeeld bij de gerichte ondersteuning van menselijke informatieverwerkingsprocessen bij het bedienen en onderhouden van productiesystemen. Beide instituten hebben de nodige transdisciplinaire kennis gebundeld om ervoor te zorgen dat mensen en robots harmonieus kunnen samenwerken in het productieproces.
Foto: Fraunhofer-IWU
Onderstaande video illustreert de besturing van industriële robots met gebaren.