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Roboter können Menschen bei monotonen oder körperlich schweren Arbeiten entlasten. Die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Roboter ist bereits heute möglich, erfordert aber qualifiziertes Personal.

In diesem von Innosuisse finanzierten Impuls-Projekt haben die Swiss Smart Factory (SIPBB) und die Projektpartner F&P Robotics, nViso, mimacom, Institute for Human Centered Engineering (HuCE) und Haute Ecole Arc Ingénierie (HES-SO) ein System mit künstlicher Intelligenz, digitaler Prozesskontrolle, automatischem Lernen und visueller Anleitung entwickelt.

Le projet vise à atteindre les objectifs suivants :

  • Ein Arbeiter soll einem Cobot beibringen wie eine Aufgabe ausgeführt werden muss, so wie er/sie es einem menschlichen Kollegen beibringen würde.
  • Ein Cobot soll fähig sein mit einem Arbeiter zusammenzuarbeiten, um eine Aufgabe gemeinsam zu erledigen.
  • Dies wird es Schweizer Firmen erlauben effizienter und weithin global konkurrenzfähig zu sein.

 

Roboter können Menschen bei monotoner oder körperlich anstrengender Arbeit entlasten. Die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Roboter ist bereits heute möglich, erfordert aber qualifiziertes Personal (z.B. erfahrene Roboterprogrammierer, welche für kleine KMUs zu teuer sind). Roboter sind oft sehr knifflig zu programmieren und können sich nicht spontan oder intuitiv den Aufgaben anpassen.

Le projet a commencé par les questions de recherche suivantes :

  1. Pourquoi les robots sont-ils souvent difficiles à programmer ?
  2. Les robots pourraient-ils être programmés intuitivement, avec un employé démontrant la tâche et le robot la répétant ?

 

Ansatz und Umsetzung
In der ersten Phase des Projekts wurden die einzelnen Anforderungen der Zielsetzung «intuitives programmieren für Cobots» zusammen mit den Umsetzungspartnern erstellt. Eine modulare Software-Architektur wurde basierend auf den unterschiedlichen Beschlüssen über diese Anforderungen entworfen.
Die Software-Module werden in der «Big Picture» Übersichtsgrafik aufgezeigt. Vier unterschiedliche Gruppen wurden vor der etablierten Softwarearchitektur abgeleitet: «System», «Benutzeroberfläche», «Arbeitsplatz» und «Aufgabenwissen». Die «System»-Gruppe beinhaltet die Grundfunktionalitäten und ist auf eine definierte Art und Weise verbunden, welche es dem Benutzer erlaubt, dem Cobot durch Interaktionen etwas zu lehren.

Les modules individuels du « System » ont la signification suivante :

  1. L'Action Manager est utilisé pour la coordination du système et contient une interface utilisateur graphique (IUG). Ce module a été initialement créé par le partenaire BFH et mimacom. Dans la dernière phase du projet, il a été développé par la Swiss Smart Factory (SIPBB).
  2. Le module Execution Manager est une interface robot générique. Cela signifie que le système peut réutiliser les commandes utilisées en interne pour de nombreux Cobots différents. L’Execution Manager est responsable du contrôle du cobot et a été développé par les partenaires BFH et F&P Robotics.
  3. Le Perception Workspace fusionne les données du capteur environnemental en informations concrètes. La mise en œuvre de tous les modules de perception contient des fonctions d’intelligence artificielle créées par les partenaires du projet nViso et HES-SO.
  4. Das Führungsmodul stellt das visuelle und akustische Feedback für den Operator bereit. Zum einen ist das der Statusbericht von den Resultaten eines Qualitätstests und zum anderen sind das die hilfreichen Anleitungen für den Benutzer wie dieser das System benutzen soll. Das Führungsmodul wurde von den Projektpartnern mimacom und Swiss Smart Factory (SIPBB) entwickelt.

 

Falls Sie mehr über die Funktionsweise des Systems wissen wollen, schicken Sie uns bitte eine Email an: ssf@sipbb.ch
Wir werden Ihnen gerne helfen und freuen uns Ihnen detailliertere Information zu Verfügung zu stellen.

Architecture logicielle pour le développement d’un système de cobot intuitif

 

Exemples d’utilisation pour les cobots et le logiciel

Drei unterschiedliche Fälle für industrielle Anwendungen wurden aufgesetzt um die Systembedingungen mit den Umsetzungspartnern zu testen und zu validieren. Um die Anwendungsfälle besser zu verstehen hat das Projektteam vier Videos am Ende des Projekts erstellt. Diese sind auf Youtube verfügbar.

1. Anwendungsfall: Reinigung von Objekten in Industrieanlagen oder in Industrieküchen
Das Entladen von Objekten in der Industrie ist eine monotone Arbeit. Man kann das Entladen von Geschirr in grossen Küchen transferieren. In diesem spezifischen Fall benutzt F&P Robotics den Cobot P-Rob 3 mit einer Geschirrentladefunktion. Andere industrielle Partner haben bereits ihr Interesse an Entladung von hergestellten Teilen für den Waschprozess angemeldet.

 


Manipulation de la vaisselle : Les plats simples sont reconnus avec une forte probabilité par la caméra dans le panier

YouTube

 

2. Anwendungsfall: die Übergabe von passenden Teilen während eines Montageprozesses oder die Zustellung von Wasserbechern im Gebäudeinneren.
In Altersheimen wird regelmässig Wasser an die Bewohner verteilt . Ein autonom fahrender Roboter wie Lio kann für die Automatisierung dieser Aufgabe eingesetzt werden, wie es in unserem Konzeptnachweis aufgezeigt wurde. Dies gibt den Krankschwestern mehr Zeit für essentielle Pflegeaufgaben . In ähnlicher Weise kann ein solches System in einer industriellen Einrichtung für Komponentenausgabe beim Fliessband eingesetzt werden. Der Arbeiter kann sich auf die Aufgaben konzentrieren, die menschliches Handgeschick erfordern während der Roboter sich um die Zustellung von Komponenten kümmert.

Distribution de boissons : un robot mobile autonome conduit devant la bonne personne, le cobot manipule la personne une tasse d’eau

YouTube

 

3. Anwendungsfall: Sensorverpackung in Produktion
Das Projektteam hat die Verpackung von wiederkehrenden Teilen direkt aus einer industriellen Anwendung genommen. Drei Teile werden in die Verpackung eingefüllt und diese wird anschliessend versiegelt. Der Arbeiter braucht 2 Sekunden pro Verpackung. Das heisst er/sie kann 30 Sensoren in 60 Sekunden einpacken, 1800 in einer Stunde und 14‘400 während eines Arbeitstages. Die Verpackungsleistung von über 10‘000 Sensoren ist zwar sehr beeindruckend, dabei werden aber die Fähigkeiten eines Arbeiters nicht voll genutzt. Ein Cobot wird benutzt um zu aufzeigen, wie der gleiche Arbeiter nun mehrere Verpackungsstationen gleichzeitig aufsetzten kann. Diese Aufgabe qualifiziert den Mitarbeiter und erlaubt es ihm/ihr andere wertvollere Aufgaben zu erledigen.

Emballage du capteur : L’employé enseigne intuitivement le système cobot quelle partie doit être emballée ensuite

YouTube

 

Resultate
Die drei Anwendungsfälle in diesem Projekt zeigen, dass es einem Arbeiter technisch möglich ist, einem Cobot die Ausführung einer Aufgabe so beizubringen, wie er es einem Menschen beibringen würde. Dafür benützt er/sie ein Tablet zur Programmierung, Handgestern oder die Stimme. Der Cobot wird dann die ausgewählte Aufgabe für den Menschen ausführen.
Anwendungsfälle 1 «Abräumen von Objekten in Industrieanlagen» und 2 «Übergabe von passenden Teilen im Montageprozess» wurden beide erfolgreich in den Living Labs von F&P Robotics getestet. Generell, die Erkennungsfähigkeit, die Verarbeitung und die Reaktionen von unterschiedlichen Benutzerschnittstellen wurden basierend auf Gestik, Sprache, Tablet und Bewegungen als Eingabemöglichkeiten getestet. Das System hat alle Eingabemöglichkeiten gut akzeptiert. Dies bietet Flexibilität beim Programmieren abhängig von dem Anwendungsfall, den Fähigkeiten und den Vorlieben des Benutzers. Das Feedback an den Mitarbeiter basiert auf der erweiterten Wirklichkeit (augmented reality) und leitet den Mitarbeiter auf eine gezielte Art und Weise am Arbeitsplatz. Das akustische Feedback wurde auch sehr positiv von den Umsetzungspartnern bewertet.
Anwendungsfall 3 «Sensorverpackung» wurde vom September 2020 bis April 2021 in einer parallelen Ausstellung «Biel/Bienne 4.0» öffentlich im neuen Museum Biel/Bienne präsentiert.
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Alle, die die erste Ausstellung verpasst haben, können sich den Demonstrator «Sensor Verpackung» vom Juni 2021 bis Dezember 2021 im neuen Museum Biel/Bienne anschauen und testen.
Die graphischen Benutzeroberflächen für die Programmierung vom Roboter wurden von vielen Museumbesuchern getestet – die Mehrheit waren keine Experten. Das beobachtete Verhalten und das Feedback, das durch den Anwendungsfall 3 erhalten wurde, hat gezeigt, dass die intuitive Cobotic Arbeitsstation sehr einfach zu benutzen ist.
Das Projekt zeigt die Möglichkeiten wie Schweizer Firmen effizienter werden und weiterhin global kompetitiv sein können, in dem sie Cobotics in ihren industriellen Prozessen einführen.

 

Outlook
Für die universelle Benutzung von «True Cobotic System» werden die Projektmitglieder weitere Forschungsprojekte und Umsetzungen durchführen. Folgende essentielle Aufgaben sind geplant:

1) Développez d’autres formes de pince pour le cobot. F&P Robotics a conçu de nombreux modèles pour différentes situations de préhension qui pourraient être utilisés comme une approche supplémentaire.

2) L’enseignement de nouvelles pièces que les employés saisissent intuitivement au cours de leur tâche de travail. Mimacom et nViso proposent diverses interfaces graphiques et modèles de reconnaissance, qui peuvent être adaptés.

Alle Partner und Innosuisse bewerten den Impuls in diesem Projekt für das intuitive System als einen spannenden Anfang für die Weiterentwicklung dieser Anwendung.

Das entwickelte System erlaubt es den Mitarbeitern ohne technisches Hintergrundwissen mit Hilfe einer intuitiven Schnittstelle einen Roboter zu trainieren um definierte Aufgaben auszuführen.

Dieses intuitive Cobotic-System eignet sich auch für andere Unternehmen in ähnlichen Situationen.

Sind Sie an diesem Projekt oder an ähnlichen Anwendungen für Ihr Unternehmen oder Ihre alltägliche Umgebung interessiert? Wir freuen uns mehr über Ihre Anwendungsidee zu erfahren und zusammen mit Ihnen ein Produkt oder eine spezifische Installation für die Schweizer Industrie zu entwickeln.
Bitten kontaktieren Sie uns für ein erstes Meeting: ssf@sipbb.ch

 

Un projet Innosuisse Impulse en collaboration avec Swiss Smart Factory(SIPBB) et les partenaires du projet :

 

           

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