Entwicklung eines digitalen Zwillings für einen Arbeitsplatz mit kollaborativer Robotik im Handwerk

Studiengang

ET - auslaufend

Projektbeschreibung

Immer wieder die gleichen langweiligen Tätigkeiten durchführen – und das mit immer weniger Mitarbeiter:innen? Um einen Eindruck davon zu vermitteln, wie Roboter hier möglicherweise helfen könnten, hat Konrad Kellner in seiner Bachelorarbeit an der THA eine Simulationsumgebung aufgebaut. Mit ihr kann das Beispiel "Reifenwechseln in KFZ-Betrieben" nicht nur visualisiert, sondern sie kann auch gleichzeitig für die virtuelle Inbetriebnahme verwendet werden.

Beteiligte Personen

Konrad Kellner

Moritz Schmidt

Betreuer: Prof. Dr. -Ing. Claudia Meitinger

Vor dem Hintergrund monotoner und u.U. körperlich anstrengender Arbeiten wurde im Rahmen dieser Bachelorarbeit ein digitaler Zwilling für einen kollaborativen Anwendungsfall im Handwerk entwickelt. Als Beispielszenario für einen kollaborativen Anwendungsfall wurde die Tätigkeit des Reifenwechsels in einer KFZ-Werkstatt verwendet. Dabei soll ein kollaborativer Roboter (Cobot) das Auf- und Abnehmen der Autoreifen übernehmen, während die Mechaniker:innen die Radbolzen lösen und befestigten. So sollen die Arbeiter:innen körperlich entlastet werden.

Die Entwicklung des digitalen Zwillings berücksichtigt zwei Ziele: Zum einen soll die Akzeptanz und das Vertrauen von Anwender:innen in eine Zusammenarbeit mit kollaborativen Robotern gestärkt werden. Dies soll durch eine hochwertige Darstellung der Abläufe realisiert werden, so dass sich Anwender:innen in das Nutzungsszenario hineinversetzten können. Zum anderen soll der digitale Zwilling eine Umgebung schaffen, in welcher eine virtuelle Inbetriebnahme der Komponenten erfolgen kann. Dort soll es möglich sein, die Programmierung des Roboters vorab zu überprüfen und eventuell notwendige Verbesserungen vorzunehmen.

Um die o.g. Ziele zu erreichen, wurde in dem Programm Isaac Sim von NVIDIA die Simulationsumgebung des Digitalen Zwillings entwickelt. Isaac Sim stellt die hochwertige Visualisierung der Simulation zur Verfügung. Dadurch können sich Nutzer:innen in eine werkstattähnliche Umgebung hineinversetzen und ein erstes Gefühl für das Arbeiten mit kollaborativen Robotern erhalten. Zusätzlich schafft Isaac Sim eine Umgebung, in welcher die virtuelle Inbetriebnahme des Cobots erfolgen kann. Als Cobot wird der UR10e von Universal Robots verwendet, welcher mit Hilfe von ROS 2 (Robot Operating System) programmiert wird. Die dort implementierte Steuerung des Cobots plant anhand von vorgegebenen Zielpunkten und zu vermeidenden Kollisionsbereichen, welche aus Kameradaten generiert werden, eigenständig einen entsprechenden Pfad. Dieser Pfad wird anschließend in eine Roboterbewegung umgesetzt, welche wiederum in Isaac Sim visualisiert wird.

Das Video veranschaulicht die virtuelle Simulation des handwerklichen Arbeitsplatzes und das Zusammenspiel von Mensch und kollaborativem Roboter.