Draadloze aansturing van mobiele robots

Met nieuwe technologieën konden robotica-onderzoekers van Fraunhofer-IFF en partners de aansturing van mobiele assistentie-robots in een flowproductie realiseren.

Dankzij nieuwe ontwikkelde technologieën kunnen intelligente mobiele assistentie-robots montagetaken uitvoeren aan bewegende objecten, zoals bij flow-productie. Dankzij nieuwe softwarearchitecturen in combinatie met krachtige radiotechnologieën hoeven de robots niet langer de nodige rekencapaciteiten mee te nemen maar halen ze toch een hoge verwerkingssnelheid. Deze stap opent nieuwe mogelijkheden voor het gebruik van intelligente mobiele robots en flexibele automatiseringssystemen in veel industrieën.

Uitdaging

Een grote uitdaging is het gebruik van een robot voor een breed scala aan activiteiten met weinig of geen programmeerinspanning. De huidige systemen zijn te traag voor menselijke capaciteiten, bijvoorbeeld het herkennen en hanteren van objecten. Draadloze gedistribueerde besturingssystemen zouden de oplossing kunnen vormen.

Vooral voor taken met mobiele manipulatie (het vrij bewegen en hanteren van verschillende objecten) moeten de robots continu hun omgeving kunnen waarnemen. Ze moeten zich onafhankelijk en direct kunnen aanpassen aan een dynamisch veranderende omgeving. Voor de planning van acties en bewegingen, de acquisitie en evaluatie van een grote verscheidenheid aan sensordata en grote hoeveelheden data is speciale software nodig. Dit vormt de basis voor een breed scala aan toepassingen buiten de klassieke automatisering en voor het ontwerp van flexibele automatiseringsoplossingen.

Snelle robotica

De hebben robotica-experts van Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) en zijn partners hebben een oplossing ontwikkeld met draadloze, gedistribueerde besturingssystemen die gedecentraliseerde real-time besturing van intelligente mobiele robotsystemen mogelijk maken. Hun aanpak is gebaseerd op een transformatie van een hiërarchisch georganiseerde automatiseringspiramide naar een sterk genetwerkt systeem. Bovendien hebben ze assistentie-robots uitgerust met intelligente basisvaardigheden die alleen kunnen worden geïmplementeerd in het samenspel van IT-diensten in netwerken met krachtige computertechnologie.

De ingenieurs van Fraunhofer IFF ontwikkelden zelf de benodigde hardware en software. De benodigde computertechnologie kan worden uitbesteed aan externe servers. Kernfuncties van de robot, zoals het verwerken van sensorgegevens en het genereren van bewegingen, kunnen worden geleverd via cloudoplossingen. Voor de demonstratie hebben de onderzoekers bewust gekozen voor een veeleisende scenario: assemblage in flow-operatie.

Informatieoverdracht

Om hun doel te bereiken, moesten de onderzoekers het hele proces van informatieoverdracht tussen de deelnemers aan zo'n netwerk heroverwegen en herontwerpen. Ze konden onder meer de statistische betrouwbaarheid en het reactiegedrag van draadloze communicatiekanalen en clouddiensten verbeteren. Ze hebben ook toepassing specifieke fouttolerantiestrategieën ontwikkeld voor het besturen van de robots. Op basis hiervan is een nieuwe robotbesturingsarchitectuur ontstaan, die is gebaseerd op de voorberekening van relevante actievarianten tijdens runtime en zo snelle reactietijden combineert met hoogwaardige detectie- en planningsfuncties.

Hierdoor kunnen mobiele en stationaire robots draadloos worden bewaakt, gelokaliseerd, geconfigureerd en met een radio-infrastructuur real-time bestuurd. Dit vereenvoudigt ook de integratie van externe sensoren, bijvoorbeeld stationaire camera's om de robotomgeving en daarop gebaseerde services te besturen. Er kunnen lichtere en flexibelere mobiele robots en manipulatoren worden gebouwd, omdat ze niet langer hun hele computertechnologie en energievoorziening hoeven mee te nemen.

Het is nu mogelijk om volledig nieuwe robotsystemen te ontwikkelen voor de industrie en voor sectoren waar assistentie-robots tot nu toe niet konden worden ingezet vanwege een gebrek aan prestaties. Behalve Fraunhofer-IFF waren KUKA Roboter, O&O en R3Coms en de Technische Universität Dresden bij het onderzoeksconsortium betrokken.

Foto: Fraunhofer IFF