Eines Forschungsprojekt vom Fraunhofer IPA möchte die Roboterprogrammierung für Montageaufgaben deutlich vereinfachen.
Foto: Fraunhofer IPA

Künstliche Intelligenz

Wie Roboter mit KI als Montagehelfer trainiert werden

Für Montageaufgaben ist die flexible Roboterprogrammierung bislang noch aufwendig. Das zu verbessern, ist das Ziel eines neu gestarteten Forschungsprojekts.

Die Partner im Forschungsprojekt "Rob-aKademI", darunter das Fraunhofer IPA und das Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF der Universität Stuttgart, entwickeln Technologien, die die Roboterprogrammierung für Montageaufgaben vereinfachen und mehr automatisieren sollen. Grundlage hierfür ist ein rein digitales Abbild, also ein digitaler Zwilling, der Produktionsumgebung. Dieses Abbild verbunden mit einem speziellen Programmiergerüst wird in einer physikalischen Simulationsumgebung genutzt, damit Roboter Fähigkeiten für das flexible Montieren lernen.

KI macht die Roboter schlau

Sie erkunden in der Simulationsumgebung autonom ihre Umgebung, planen darauf aufbauend ihr Verhalten und optimieren es selbstständig bzw. lernen fortlaufend. Genutzt wird hierfür Künstliche Intelligenz (KI), und genauer Maschinelles Lernen und dessen Teilgebiet des sogenannten Reinforcement Learning (RL). Dieses meint, dass ein Algorithmus ähnlich dem Menschen nach dem Prinzip Versuch und Irrtum lernt. Er erhält ein Belohnungssignal für eine gelungene Aktion, um schrittweise besser zu werden.

Drei Lernmodule für die Montage-Praxis

  • Im Projekt entstehen drei anwendungsbezogene Lernmodule, die das Expertenwissen über die Roboterprogrammierung und die auszuführende Montageoperation kapseln.
  • Das Perzeptionsmodul thematisiert die Objekterkennung, das Lernmodul Kraftgeregeltes Fügen beinhaltet robuste Fügestrategien und das Lernmodul Schnappverbindungen beschäftigt sich mit einem detaillierten physikalischen Fügemodell. Mit diesen Technologien werden robuste Roboterprogramme für die Übertragung der Simulationsergebnisse in die Realität erstellt.
  • Mithilfe dreier praxisorientierter Anwendungsfälle aus den Bereichen Schaltschrank-, Schalter- und Leiterplattenmontage validieren die Projektpartner ihre Ergebnisse.
  • Die Module für kraftgeregeltes Fügen und Schnappverbindungen bauen auf der bereits jetzt verfügbaren IPA-Software Pitasc für kraftgeregelte Montageaufgaben auf und werden deren Fähigkeiten erweitern.

Fördermaßnahme vom Bund: hier wird die Robotik vorangebracht

Das am 1. Juli 2020 gestartete Forschungsprojekt ist Teil der großen Fördermaßnahme KI01 KI in der Praxis des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. In der gleichen Fördermaßnahme läuft ein weiteres Forschungsprojekt vom Fraunhofer IPA: "Deep Picking" nutzt KI, um den roboterbasierten Griff-in-die-Kiste zu optimieren. Und vonseiten des IFF ist das Projekt "KI-basierte Roboterkalibrierung (KIRK)" beteiligt.