TeamBotS - Eine toolunterstützte Methodik zur Entwicklung von Software für dynamische Roboterteams

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Reif; Professor Dr.-Ing. Heinz Voggenreiter
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387652208

Industrieroboter sind heute in vielen Bereichen der Produktion ein wichtiger Baustein für die effiziente Automatisierung. Ihre Kombination aus hoher Flexibilität, Geschwindigkeit und Genauigkeit ist das Alleinstellungsmerkmal gegenüber anderen Automatisierungsprinzipien. Jedoch werden sie hauptsächlich - wie in der Automobilindustrie - für die Produktion hoher Stückzahlen mit verhältnismäßig geringer Variabilität eingesetzt. Im Zuge von Initiativen wie Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge werden Roboter in Zukunft eine noch wichtigere Rolle in intelligenten Fabriken spielen, um kundenspezifische Produkte mit hoher Variabilität und in kleinen Stückzahlen produzieren zu können. Diese Anforderungen können nicht mehr von einzelnen, isoliert arbeitenden Robotern erfüllt werden. Vielmehr bedarf es der Fähigkeit zur flexiblen Teambildung. Dies führt in Kombination mit verschiedenen, teils wechselbaren Werkzeugen zu multifunktionalen Roboterzellen, die eine drastisch höhere Flexibilität, Performanz und Robustheit aufweisen. Gleichzeitig wächst jedoch die Komplexität bei der Planung und Programmierung massiv.Das hier vorgeschlagene Vorhaben TeamBotS setzt sich mit der Beherrschbarkeit dieser Komplexität auseinander und hat zum Ziel, eine toolgestützte Entwicklungsmethodik für die Steuerungssoftware von sich dynamisch formierenden, multifunktionalen Roboterteams zu erforschen. Dazu wird ein Ansatz entwickelt, mit dem Fähigkeiten von Teams aus Robotern und verschiedenen Werkzeugen modelliert werden können. Dies bildet die Grundlage für flexible Planung, Scheduling und Ausführung von Prozessaufgaben mit Roboterteams. Weiterhin werden Verfahren entwickelt, um automatisiert auf der Basis von Produktbauplänen die nötigen Prozessschritte abzuleiten, für diese eine Zuweisung an mögliche Roboterteams mit geeigneten Fähigkeiten zu finden und schließlich kollisionsfreie Ausführungs-Schedules mit hoher Parallelisierung zur Verbesserung der Taktzeit zu berechnen. Das Fähigkeiten-Modell von Roboterteams erlaubt dabei eine Beherrschbarkeit der Planungskomplexität. Schließlich wird auf Basis des Fähigkeiten-Modells von Roboterteams die Programmierung von Aktionen dieser Teams vereinfacht und deren Ausführung ermöglicht. Dazu werden neue Konzepte für die synchronisierte Echtzeit-Ausführung von Aktionen auf verteilten Robotersteuerungen entwickelt.Der TeamBotS-Ansatz bezieht durchgängig die zur Programmierung von roboterbasierten Fertigungsprozessen notwendigen Experten für Prozess und Automatisierung mit ein. Die erzielten theoretischen Ergebnisse fließen in die Entwicklung eines prototypischen Tools, das die entwickelten Konzepte für die Experten anwendbar macht. Basierend darauf wird der Ansatz auf zwei unterschiedliche Fallstudien - die Produktion von Bauteilen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff und die Montage von Möbelstücken - angewendet und evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen