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Lernende Roboterschleiftechnik für das Handwerk (LEROSH)

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Schlagwort: Handwerk 4.0

Fördermaßnahme: Handwerk 4.0: digital und innovativ

Laufzeit: 01.08.2022 - 31.07.2025
Webseite
Handwerkliche Erforschung von Automatisierungslösungen Handwerkliche Erforschung von Automatisierungslösungen

Forschungsziel: Im Forschungsprojekt LEROSH wird eine KI-gestützte Leichtbauroboter-Systemlösung für den branchenübergreifenden Einsatz im Handwerk entwickelt. Handwerker erhalten ein niederschwelliges und intuitiv bedienbares System, mit dem sie die Kontrolle über digitale Werkzeuge übernehmen und ihren Roboter, ähnlich einem Meisterschüler, in handwerklichen Tätigkeiten ausbilden können. Dabei konzentrieren sich die Forschungsarbeiten beispielhaft auf das roboterunterstützte Schleifen und Polieren von Bauteilen.

Ansprechperson Projektkoordination

Gunnar Bloss
+49 30 698094-14
bloss@werk5.com

Ansprechperson bei PTKA

Dipl.-Ing. Martina Göttel
+49 721 608-28561
martina.goettel@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Viele Gewerke des Handwerks stehen zunehmend in Konkurrenz zu Großbetrieben, die mit Hilfe der Automatisierung immer mehr individualisierte Produkte wirtschaftlich fertigen können. Gleichzeitig gibt es aufgrund des demographischen Wandels und unattraktiver Berufsbilder im Handwerk immer häufiger Nachwuchsprobleme. Durch den Einsatz von Leichtbaurobotern, die in der Industrie bereits hocheffektiv eingesetzt werden, könnte die Wettbewerbsfähigkeit des Handwerks um Kunden und Mitarbeiter deutlich gesteigert werden. Allerdings wird das Potenzial dieser Technologie in den vorwiegend kleinbetrieblich organisierten Unternehmen bisher wenig ausgeschöpft. Es fehlen auf die Bedürfnisse des Handwerks zugeschnittene Robotik-Systeme, die bei überschaubaren Investitionskosten breit einsetzbar sind und eine einfache und sichere Bedienbarkeit gewährleisten.

Ziel
Im Forschungsprojekt LEROSH wird eine KI-gestützte Leichtbauroboter-Systemlösung für den branchenübergreifenden Einsatz im Handwerk entwickelt. Handwerker erhalten ein niederschwelliges und intuitiv bedienbares System, mit dem sie die Kontrolle über digitale Werkzeuge übernehmen und ihren Roboter, ähnlich einem Meisterschüler, in handwerklichen Tätigkeiten ausbilden können. Dabei konzentrieren sich die Forschungsarbeiten beispielhaft auf das roboterunterstützte Schleifen und Polieren von Bauteilen.

Vorgehensweise
Zur Entwicklung einer automatisierten Schleiftechnik wird zunächst das Schleifen von Hand oder mit Handmaschinen in den verschiedenen Gewerken analysiert. Darauf aufbauend ist ein Endeffektor für das Schleifen zu erarbeiten, der verstärkte Sensorik und intelligente Aktorik vereint. Zum einen werden hierfür 3D-Scandaten und Druckkräfte ermittelt, zum anderen wird mittels Maschinellem Lernen der Schleifprozess optimiert und die Robotersteuerung teilautomatisiert. Die gefundenen Lösungen werden prototypisch bei den beteiligten Handwerksunternehmen umgesetzt und validiert. Eine breite Anwendbarkeit des Systems auf Schleifaufgaben bei verschiedenen Gewerken und Betriebsgrößen wird durch den modularen Aufbau der Soft- und Hardware sowie ein Sharing-Modell für das Schleifen mit Robotern erreicht.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Schleifen ist in verschiedenen Gewerken des Handwerks ein sehr weit verbreiteter, alltäglicher Prozess. Bundesweit können beispielsweise ca. 40.000 Tischlereien, ca. 3.000 Orthesenbauer und ca. 1.200 Betriebe aus dem Musikinstrumentenbau von den Lösungen profitieren. Die Automatisierung ermöglicht nicht nur Effizienzgewinne sondern auch eine Entlastung der Mitarbeiter von monotonen, körperlich anstrengenden Arbeiten. Zudem sorgt sie für einen Innovationssprung bei der Digitalisierung des Handwerks und bietet eine berufliche Zukunftsperspektive für die Aus- und Weiterbildung junger Menschen. Sie trägt so zum Erhalt und zur Weiterentwicklung einer modernen Handwerkstradition bei.

Projektpartner
  • Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
  • Strehl GmbH & Co. KG
  • Kreul & Stoll GbR
  • Werk5 GmbH
  • Tischlerei Eigenstetter GmbH
  • interactive scape GmbH
  • Schröter Modell-und Formenbau GmbH
Publikationen
Titel: Segmentation and Coverage Planning of Freeform Geometries for Robotic Surface Finishing (LEROSH)
Akronym: LEROSH
Autor: Schneyer, S.; Sachtler, A; Eiband, T.; Nottensteiner, K.
Herausgeber: IEEE Eplore Digital Library
Verlag: IEEE Eplore Digital Library IEEE Eplore Digital Library
Veröffentlicht im Jahr: 2023
Surface finishing such as grinding or polishing is a time-consuming task, involves health risks for humans and is still largely performed by hand. Due to the high curvatures of complex geometries, different areas of the surface cannot be optimally reached by a simple strategy using a tool with a relatively large and flat finishing disk. In this letter, a planning method is presented that uses a variable contact point on the finishing disk as an additional degree of freedom. Different strategies for covering the workpiece surface are used to optimize the surface finishing process and ensure the coverage of concave areas. Therefore, an automatic segmentation method is developed to find areas with a uniform machining strategy based on the exact tool and workpiece geometry. Further, a method for planning coverage paths is presented, in which the contact area is modeled to realize an adaptive spacing between path lines. The approach was evaluated in simulation and practical experiments on the DLR SARA robot. The results show high coverage for complex freeform geometry and that adaptive spacing can optimize the overall process by reducing uncovered gaps and overlaps between coverage lines.
Titel: Robotic surface finishing using automatic trajectory generation (LEROSH)
Akronym: LEROSH
Autor: DLR
Herausgeber: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR)
Veröffentlicht im Jahr: 2024
The video shows a novel approach on robotic surface finishing as developed in the project LEROSH. The surface is segmented automatically according to the part geometry and feasible execution strategies are selected. The planning result can be inspected intuitively by the user through augmented reality. The automatically generated trajectories are executed by the DLR SARA robot using compliant control.

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