Robotik, Inspektion und Montage

Komponenten von Robotair: Bodenplattform, fliegende Plattform, mobiler Leitstand in einer Fabrikhalle

Robot}air{: Praxistaugliches Boden-Luft-Service­robotiksystem für Inspektion von industrieller Druckluftversorgung und Verbesserung der Arbeitsumgebungsfaktoren am Beispiel der Automobilproduktion

Vor dem Hintergrund steigender Energiekosten sind Unternehmen immer mehr bemüht, ihre Produkte energieeffizient herzustellen. Bisher ungenutzte Energie-Einsparungsmöglichkeiten rücken somit weiter in den Vordergrund. Obwohl Druckluft als teurer Energieträger gilt, der mit niedrigem Wirkungsgrad erzeugt wird, wurden Lecks in Druckluftanlagen aufgrund schlechter räumlicher Erreichbarkeit und geringer Produktrelevanz bisher oft vernachlässigt. Durch regelmäßige Inspek­tionen können sie jedoch frühzeitig entdeckt und Verluste verringert werden. Ähnliches gilt für die Inspektion von Hochtemperaturanlagen wie Härteöfen. Gleichzeitig bleiben auch Verbesserungsmöglichkeiten bei Arbeitsumgebungsfaktoren oft unentdeckt, wenn eine flächendeckende Erfassung und Überprüfung dieser Größen fehlt. Beispielsweise kann die multimodale Kartierung der klimatischen Lokalsituation hier einen Beitrag zur besseren Beurteilung der Arbeitsplatzsituation liefern.

Ziel des Forschungsprojektes Robot}air{ ist die Entwicklung und Evaluation eines prototypischen, kostengünstigen Boden-Luft-Servicerobotersystems für die Detektion und Ortung von Druckluft­leckagen zwecks nachhaltiger Ressourcen- und Energienutzung sowie für die Erfassung von Arbeitsumgebungsfaktoren zur Sicherstellung gesunder Arbeitsbedingungen und Steigerung der Produktivität. Es besteht aus einem teleoperiert fliegenden und einem teilautonom fahrenden Roboter, die beide mit sensorischer Nutzlast ausgestattet sind, sowie einem mobilen Leitstand. Dort wird aus den Sensorsignalen ein aussagekräftiges Lagebild erstellt und dem Nutzer visualisiert.

Das Projektkonsortium besteht aus Forschungs-, industriellen Entwicklungs- und Anwendungs­partnern, die im Verbund alle notwendigen wissenschaftlichen und industriellen Kompetenzen im Bereich mobiler Robotik, Mensch-Maschine-Interaktion, Messtechnik, Anlagen­inspektion und -betrieb, Druckluftsysteme sowie Arbeitswissenschaft bündeln. Gemeinsam werden die Anforderungen erhoben und ein Systemprototyp wird erstellt, dessen robuste Funktionsweise und Gebrauchstauglichkeit im Labor und in Feldstudien in der Automobilindustrie evaluiert wird.

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Dipl.-Inf. Jens Hegenberg
Roman Herrmann, M. Sc.
Daniela Ziegner, M. Sc.

Kooperationspartner

Fachgebiet Mess- und Regelungstechnik der Universität Kassel
Volkswagen AG, Volkswagen Werk Kassel, Baunatal
Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie, Wachtberg
SONOTEC Ultraschallsensorik Halle GmbH, Halle (Saale)
AIBOTIX GmbH, Kassel
Postberg+Co. Druckluftcontrolling GmbH, Kassel
S-ELEKTRONIK GmbH & Co. KG, Wangen im Allgäu

Förderung und Laufzeit

Bundesministerium für Bildung und Forschung, 1 / 2013 - 3 / 2016

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eine stilisierte Gaswolke im Fadenkreuz und das Wort RoboGasInspektor

RoboGasInspector: Simulationsgestützter Entwurf und Evaluation eines Mensch-Maschine-Systems mit autonomen mobilen Inspektionsrobotern zur Gasleck-Ferndetektion und -ortung in technischen Anlagen

Um Schäden an Menschen, Umwelt und Investitionsgütern zu verhindern, müssen aus Anlagen und Infrastruktur­einrichtungen möglicherweise austretende gesundheitsgefährdende oder explosionsfähige Gemische bildende Gase schnell und sicher detektiert und geortet werden.

Ziel des Projektes RoboGasInspector ist es, ein innovatives Mensch-Maschine-System mit kooperierenden, mit Gasfernmesstechnik und lokaler Intelligenz ausgestatteten Inspektionsrobotern zu entwickeln und zu evaluieren, in dem die Detektion und Ortung von Gaslecks weitgehend autonom von mobilen Robotern bewältigt werden kann. Die Weiterentwicklung der Sensortechnik eröffnet hier mit IR-optischen Fernmessverfahren neue Potentiale.

Nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen, sondern auch vor dem Hintergrund einer Entlastung des Menschen von repetitiven Routineaufgaben bei gleichzeitig besserer Abdeckung des meist weitläufigen Inspektionsgebietes ist die Entwicklung neuartiger Inspektionstechnologien und die Konzentration der Flexibilität und Leistungsfähigkeit menschlicher Operateure auf die leitende Kontrolle des technischen Systems erstrebenswert.

Unter Leitung der Fachgebiete Mensch-Maschine-Systemtechnik sowie Mess- und Regelungstechnik der Universität Kassel arbeiten in diesem Verbundprojekt als Forschungspartner die Bundesanstalt für Material­forschung und -prüfung und das Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie sowie als industrielle Entwicklungspartner die telerob Gesellschaft für Fernhantierungstechnik und die auf Fernmesstechnik spezialisierten Firmen Adlares GmbH und Hermann Sewerin GmbH zusammen. Als Anwendungs­partner sind mit der PCK Raffinerie GmbH und Wingas GmbH Betreiber großer petrochemischer Anlagen und Versorgungsnetzwerke beteiligt.

Die vorgesehenen Demonstrations- und Evaluationsfälle wurden so ausgewählt, dass ein Transfer auf ver­schiedene weitere Anwendungen und somit eine erhöhte Breitenwirkung der Ergebnisverwertung möglich ist. 

Am Projekt beteiligte Wissenschaftler

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt 
Liubov Cramar, M. Sc.
Dipl.-Inf. Jens Hegenberg

Kooperationspartner

Fachgebiet Mess- und Regelungstechnik der Universität Kassel
Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FhG-FKIE, Wachtberg 
BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin
telerob Gesellschaft für Fernhantierungstechnik mbH, Ostfildern
ADLARES GmbH, Teltow
Hermann Sewerin GmbH, Gütersloh
WINGAS GmbH und Co. KG, Kassel
PCK Raffinerie GmbH, Schwedt / Oder

Förderung und Laufzeit

Technologieprogramm "AUTONOMIK - Autonome und simulationsbasierte Systeme für den Mittelstand", Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, 12 / 2009 - 5 / 2013 

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Computerbildschirm
ROPROS Startbildschirm

Mensch-Maschine-Schnittstelle von Schweißrobotern für das Bahnschweißen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten für den Einsatz in mittelständischen Betrieben

Bereits das manuelle Schweißen ist ein komplexer Arbeitsvorgang und erfordert Kenntnisse aus verschiedenen Fachgebieten. Will man diesen Prozess mit Hilfe eines Robotersystems automatisieren, und dabei ins­be­son­dere die Qualifikation und die Kenntnisse des Schweißers berücksichtigen ergibt sich eine noch wesent­lich kom­plexere Thematik. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Benutzungsschnittstelle für die Interaktion Schweißer – Robotersystem – Werkstück konzipiert. Darin fließen die Kenntnisse des Schweißers bezüglich des Schweiß­vorganges ein. Dadurch ist die vorherige Anpassung des Schweißvorganges an verschiedene Einfluss­faktoren wie den unregelmäßigen Spaltabstand zwischen den zu verschweißenden Werkstücken und den Abstand der Schweißpistole zum Werkstück möglich. Die automatisierte Schweißvorgang gleicht dem manuellen Schweiß­vorgang, da die spezielle Gestaltung immer noch beim Schweißer liegt und nur die Aus­führung beim Roboter.

Doktorand

Dr.-Ing. Dipl.-Math. Lajos Fejes, 1995

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