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Exakte Positionsbestimmung durch Indoor-GPS
Damit das FreeMotionHandling prozesssicher und stabil fliegt, ist
eine permanente Kommunikation nötig. Für die Lokalisierung des
Flugobjekts sorgen die Funk- und Sensortechnologie an Bord in
Kombination mit dem installierten Leit- und Monitoringsystem, das
sich bereits bei den eMotionSpheres und den eMotionButterflies
von Festo bewährt hat.
Wichtiger Bestandteil dieses Indoor-GPS ist ein Kamerasystem,
wie es auch in der Fabrik der Zukunft eingesetzt werden könnte.
Mehrere im Raum angebrachte Infrarotkameras erfassen das
FreeMotionHandling über acht Infrarot-LEDs, die als aktive Marker
auf dem Flugring angebracht sind.
Die Kameras geben die Positionsdaten an einen zentralen Leit-
rechner weiter, der wie ein Fluglotse fungiert und die Kugel von au-
ßen koordiniert. Dabei sind sie so aufgestellt, dass sie den Raum
gesamthaft abbilden und das Flugobjekt stets von mindestens zwei
Kameras erfasst wird. Durch ihre speziellen Filter nehmen sie nur
Infrarotlicht auf und sind unempfindlich gegenüber anderem Licht.
Dabei misst das Kamerasystem 160 Mal pro Sekunde die exakte
Ist-Position des Flugobjektes, worauf der Leitrechner jede Ab-
weichung neu einregelt. Die Planung der Flugbahn wird also per-
manent aktualisiert. Neben der Position bestimmt das System
auch die Orientierung der Greiferkugel direkt. Zusätzlich werden
die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erfasst.
Präzise Objekterkennung durch On-Board-Kameras
Nähert sich die Kugel dem Greifobjekt, übernimmt sie ihre Bahn-
planung mit Hilfe von zwei integrierten Kameras allerdings selbst.
Die erste Kamera befindet sich im Greifer, die zweite direkt auf der
Außenhülle daneben. Dadurch nimmt das Handling sogar während
des Greifvorgangs seine Umgebung wahr und kann situativ auf
sie reagieren. Neben dem Greifgut erkennt die Kugel gleichzeitig
auch mögliche Hindernisse am Boden, denen sie ausweichen kann.
Nach Inbetriebnahme ist keine Steuerung von außen mehr erforder-
lich. Der permanente Informationsaustausch garantiert die Prozess-
stabilität des gesamten Systems. Eine Überwachung aller Parameter
per Funk und ein regulierender Eingriff sind aber jederzeit möglich.
Damit das FreeMotionHandling die gesuchten Objekte im Raum
selbstständig identifizieren und sicher greifen kann, setzen die
Entwickler auf ein weiteres naturwissenschaftliches Phänomen.
Auf der Außenhülle der Kugel sitzt ein Mini-PC, der die Signale
der beiden On-Board-Kameras permanent auswertet. Mittels
neuronaler Netze wird seine Software im Vorfeld darauf trainiert,
die zu greifenden Gegenstände bei jedem Licht und aus allen
Perspektiven von selbst zu erkennen.
Objekterkennung durch maschinelles Lernen
Zu diesem Zweck bekommt das System eine Vielzahl an Bildern
des Zielobjekts in verschiedensten Größen, Ansichten und Licht-
verhältnissen übermittelt, die es sich als positive Samples ab-
speichert. Wie das menschliche Gehirn auch kann der Rechner die
einzelnen Erfahrungswerte zu einem zusammenhängenden Ge-
samtbild verknüpfen und daraus die wesentlichen Merkmale des
jeweiligen Objekts extrahieren. Hat das System genügend positive
Samples gesammelt, kann es anschließend das gelernte Objekt
oder vergleichbare Gegenstände in allen Situationen zuverlässig
wiedererkennen und handhaben.
Entlastung des Menschen
Mit der Fähigkeit, eigenständig auf seine Umgebung zu reagieren,
erfüllt das FreeMotionHandling schon heute ein mögliches Kriterium
für den Arbeitsraum der Zukunft. Selbstlernende Subsysteme und
andere intelligente Komponenten nehmen in der Produktion eine
immer wichtigere Rolle ein. Mit Industrie 4.0 arbeiten Mensch und
Technik immer enger miteinander.
Ein wichtiges Element künftiger Fertigungsanlagen sind Assistenz-
systeme für den Menschen, die sich flexibel auf verschiedenste
Produktionsszenarien einstellen können. Die Technik ist dabei in
der Lage, jederzeit auf Eingriffe des Menschen und andere variable
Randbedingungen zu reagieren. Maschinen werden immer unge-
fährlicher für den Menschen und entlasten ihn darüber hinaus bei
seiner täglichen Arbeit.
Das Konzept des FreeMotionHandling könnte daher überall dort
zum Einsatz kommen, wo der Mensch eine maschinelle Unter-
stützung benötigt – etwa bei ergonomisch einseitigen Aufgaben
in der Montage, beim Sortieren oder in der Lagerhaltung.
01:
Intelligentes Monitoring:
Mit seinen
Infrarotkameras dient das Indoor-GPS zur
präzisen Lokalisierung der Kugel in einem
abgesteckten Raum
02:
Integrierte Kameratechnik:
Mit der
Kamera auf der Außenhülle erkennt das
Handling seine Umgebung sogar während
des Greifvorgangs
03:
Autonome Objekterkennung:
Die
Kamera im Greifer ermöglicht es dem
System, Gegenstände zu identifizieren
und sicher aufzunehmen
04:
Fliegendes Assistenzsystem:
Denk-
bare Einsatzszenarien wären Arbeiten
über Kopf, in schwindelerregender Höhe
oder in schwer zugänglichen Räumen
FreeMotionHandling
Selbstlernendes System für die Arbeitswelt der Zukunft
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Festo AG & Co. KG
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FreeMotionHandling: autonom fliegende Greiferkugel