Die gemeinsame Steuerung mit Robotern kann die Fertigung sicherer und effizienter machen.

Hulking-Roboter, wie sie in der Fließbandfertigung üblich sind, sind in der Regel Einzelgänger. Sie schneiden, biegen und schweißen oft Metall in Käfigen und hinter Barrieren, um es sicher von Menschen zu trennen.

„Lange Zeit war der beste Fabrikroboter einer, den man aufgestellt hat, und man berührt ihn seit zwei Jahren nicht mehr. Es macht immer wieder dasselbe, unverändert, eine Million Mal“, sagt Bilge Mutlu, Professor für Informatik, Wirtschaftsingenieurwesen und Psychologie an der University of Wisconsin-Madison. „Aber weil diese Roboter so gebaut sind, dass sie sehr leistungsstark und sehr genau sind, sind sie auch sehr gefährlich für die Menschen. Du darfst ihm nicht im Weg stehen.“

Mit der neu gewonnenen Unterstützung der NASA entwickeln Mutlu und die Partner von UW-Madison und Boeing Roboter mit geringerer Leistung, die eine größere Bandbreite an weniger starr definierten Aufgaben bewältigen können, indem sie stärker mit einem menschlichen Bediener zusammenarbeiten.

Die UW-Forscher haben sich auf die „shared control“ konzentriert, bei der ein Mensch, der mit Sensoren und Steuerungen verkabelt ist, die Arme eines Roboters durch den Ablauf einer Aufgabe führt, wie z.B. das Sortieren von Objekten oder das Mischen von Zutaten nach einem Rezept. Sogar neue Benutzer sind in der Lage, diese Roboter effektiv zu bedienen, denn die Roboter helfen, indem sie Dinge anwenden, die ihnen beigebracht wurden, wie Menschen die Bewegung von zwei Armen und Händen geschickt koordinieren, um Objekte einzufangen und zu heben und zu passieren.

Mutlu, der Doktorand Daniel Rakita und der Informatiker Professor Michael Gleicher haben auch Methoden zum Einsatz robotergesteuerter Kameras veröffentlicht, um dem menschlichen Bediener zu ermöglichen – „ob sie nun ein paar Meter entfernt stehen oder in Houston sind und der Roboter auf einer Raumstation steht“, sagt Mutlu – die beste Sicht auf den Arbeitsplatz, Werkzeuge, Materialien und Hände des Roboters.

Forscher im UW-Madison-Labor von Bilge Mutlu arbeiten mit einem Roboterarm und einer Kamera, um Objekte zu manipulieren. Die Unterstützung der NASA könnte ähnliche Systeme in der Luftfahrtindustrie zum Einsatz bringen. Kredit: Bilge Mutlu
Mit dieser Kerntechnologie und einem Zuschuss von 3 Millionen Dollar von der NASA Aeronautics wird die UW-Madison-Gruppe – zu der Gleicher, Maschinenbau-Professor Michael Zinn und Industrie- und Systemtechnik-Professor Robert Radwin gehören – Roboter an einige der spezifischen Arten von Fertigungsarbeiten anpassen, die ein Boeing-Flugzeug zusammensetzen.

„Wir haben eine Reihe von Prozessen im Flugzeugbau identifiziert, bei denen diese gemeinsame Kontrolle helfen könnte“, sagt Mutlu. „Nimm das Nieten. Es gibt Tausende und Abertausende von Nieten, die dort eingeschlagen werden müssen, um das Metall eines Flugzeugs miteinander zu verbinden. Das ist harte, repetitive Arbeit.“

Die Herstellung von Verbundwerkstoffen, das Schleifen von Metall, das Lackieren und das Zusammenfügen von Teilen auf engstem Raum sind weitere Schritte im Prozess des Flugzeugbaus, die sicherer werden, indem der relativ zerbrechliche menschliche Körper etwas weiter von der Aktion entfernt bewegt wird. Die gemeinsame Steuerung eines Roboters könnte dies ermöglichen, ohne auch die Fähigkeiten des menschlichen Flugzeugbauers zu beeinträchtigen.

„Wir behalten das Fachwissen des Bedieners, sein Wissen über die Nuancen des Prozesses in der Gleichung“, sagt Mutlu. „Sie können die Aktion steuern, ohne manuell beteiligt zu sein, und der Prozess wird ergonomischer und effizienter.“

In den nächsten drei Jahren hofft Mutlu, dass die Zusammenarbeit mit Boeing eine neue Roboter-Fertigungsplattform von Madison in die Boeing-Labore verlagert, wo sie für die Produktion und den weltweiten Einsatz weiterentwickelt wird.

„Während wir es bauen, werden wir hier in unserem Labor viele Tests durchführen“, sagt er. „Irgendwann wollen wir es zu Boeing bringen und es dort tatsächlich demonstrieren. Und ein ausgereiftes, staatlich finanziertes System, das funktioniert, könnte von jedem in der Luftfahrtindustrie genutzt werden.“