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Der Roboter als Montagehelfer

Der Roboter wird mit einer „greifbaren“ Benutzerschnittstelle programmiert.
Der Roboter wird mit einer „greifbaren“ Benutzerschnittstelle programmiert.(C) Profactor

Produktionstechnik. Wie weit können kollaborative Roboter Monteuren behilflich sein? Tests im BMW-Motorenwerk Steyr zeigen, dass solche Assistenzsysteme gut angenommen werden.

Das Szenario verzeiht keinen Fehler. Zylinderkopfhauben, Schlauchschellen und andere Anbauteile – passgenau müssen sie Mitarbeiter der BMW-Motorenfertigung Steyr an Motorblöcken montieren. Auch in diesem Mai sollte wieder jede Schraube sitzen. Diesmal aber war der Ernstfall nur simuliert: In einem abgetrennten Testbereich des BMW-Werks standen an drei Tagen Praxisversuche mit Assistenzsystemen auf dem Programm. Ein Roboter – ausgelegt für zehn Kilo Traglast – sowie Steuerungssoftware stehen bei diesem Test den Monteuren kollaborativ, also aktiv unterstützend, zur Seite.

Beim Schrauben schließlich verfügt der Roboter über entsprechendes Schraubwerkzeug. Aber auch beim Einprogrammieren des Montageprozesses, wo sich das Assistenzsystem, im FFG-Projekt Assistme mit BMW Group Werk Steyr getestet, ebenfalls auf unterschiedliche Weise auszeichnen kann. Jürgen Minichberger, Projektleiter vom Forschungsinstitut Profactor, sieht den Nachweis folglich als erbracht, dass derartige Systeme Werker hinsichtlich Arbeitstempo und Präzision „sinnvoll unterstützen können“.

 

Drei Systeme im Test

Ernsthafte Zweifel hatte der Profactor-Experte, Abteilung Robotik und Assistenzsysteme, schon zu Projektstart 2015 nicht. Fragezeichen blieben aber. Allen voran: Welche der drei Ausstattungsvarianten des Assistenzsystems können worin überzeugen? „Fragen, auf die nur die Monteure selbst befriedigende Antworten geben konnten“, sagt Minichberger.

In der Standardvariante sind dem System, so ein Fazit, zwar recht einfach die Verfahrwege einzulernen. „Allerdings muss der Roboter ohne Kameras, also ohne jeglichen Sehsinn auskommen“, schildert Minichberger. Die Folge: Die BMW-Monteure mussten die Werkstücke stets exakt positionieren. Andernfalls hätte nicht jede Schraube in ihr Ziel gefunden.

Augenfällig auch: In den Menüs der Standard-Roboterprogrammiersoftware ließen die Probanden viel Zeit liegen. Eine Eye-Tracking-Kamera lieferte den Beweis. „Viel Zeit ging für die Funktionssuche verloren“, so Minichberger. Leichter von der Hand ging die Bedienung des Assistenzsystems per Tablet und einer von Profactor entwickelten Programmiersoftware („XRob“) – beides kam in der Systemvariante zwei zum Einsatz. Jedoch: Die Programmierzeit stieg – auch als Folge der erforderlichen Parametrisierung des Kamerasystems – von 13 auf 20 Minuten. Verschmerzbar, sorgt die Kamera doch für den so wichtigen optischen Positionsausgleich. „Die exakte Positionierung des Werkstücks war damit nicht mehr so wichtig“, sagt Minichberger.

 

Hohe Benutzerfreundlichkeit

Und Systemvariante drei? Die nennt sogar einen Projektor ihr Eigen, der optische Schaltflächen wie etwa „Objekt einlernen“ in den direkten Arbeitsbereich des Werkers wirft. Eine Kamera erkennt die Befehle, es braucht keine Eingabe per Handbediengerät oder Tablet mehr. Ebenfalls zum Einsatz kam hier das Roboterprogrammieren auf Basis von Tangible User Interfaces (TUI, deutsch: greifbare Benutzerschnittstellen). „Der Monteur legt eine Kugelform auf den Schraubenkopf, das System identifiziert die Position des aufgelegten Objekts“, sagt Minichberger. Kam Variante drei bei den Werkern demnach am besten an?

Die vom Wiener TU-Institut für Automatisierungstechnik und Regelungstechnik durchgeführten Nutzerstudien bestätigen diese These. Die wahrgenommene Benutzerfreundlichkeit der Systeme wurden auf einer Skala von null bis 100 anhand des SUS-Fragebogens (System Usability Scale) ermittelt. 100 stellt das perfekte System dar. Systemvariante drei erzielte einen SUS-Wert von über 70. „Das weist auf überdurchschnittlich gute Bedienbarkeit und Erlernbarkeit hin“, sagt Astrid Weiss von der TU Wien. [ Profactor ]

LEXIKON

Tangible User Interfaces (TUI) sind Benutzerschnittstellen für die haptische Interaktion mit digitalen Systemen im dreidimensionalen Raum. Als Eingabegeräte dienen statt Maus und Tastatur verschiedene materielle Gegenstände wie etwa Kugeln oder Trichter. Eine von Profactor jetzt erprobte Anwendung für solche „greifbaren Benutzerschnittstellen“ ist die Programmierung von Industrierobotern.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 16.09.2017)