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

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In Zeiten einer wandelbaren Fabrik im Sinne von Industrie 4.0 gewinnen flexible Roboter-Teams zunehmend an Bedeutung. Ihre Fähigkeit, sich rasch an wechselnde Anforderungen anzupassen, macht sie zu einem Schlüsselfaktor für die Optimierung von Produktionsprozessen. Durch modulare Programmierung und Kollaboration können sie effizient verschiedene Aufgaben erfüllen und Produktionsprozesse optimieren, was Kosten senkt und die Wettbewerbsfähigkeit steigert. Das Projekt TEAMBOTS fokussierte sich auf die Entwicklung einer Automatisierungssoftware für multifunktionale Roboter-Teams in industriellen Fertigungsprozessen. Einzigartig ist die Betrachtung von Teams, die aus verschiedenen Robotern mit verschiedenen Endeffektoren und spezieller Sensorik bestehen. Durch geeignete Vernetzung und Kombination können vielfältige Fertigungsteams dynamisch je nach Bedarf zusammengestellt oder aufgelöst werden. Das Projekt TEAMBOTS wurde in Kooperation zwischen dem Institut für Software und Systems Engineering (ISSE) an der Universität Augsburg und dem Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) bearbeitet. Während das ZLP die Expertise in der Robotertechnologie für die roboterbasierte CFK-Produktion (Carbonfaserverstärkte Kunststoff-Produktion) einbrachte, hat sich das ISSE insbesondere mit der Planung und Beschreibung von Robotik-Teamaufgaben auseinandergesetzt. Das gemeinsame Ziel bestand darin, Steuerungskonzepte zu entwickeln, die eine effiziente und präzise Zusammenarbeit von Roboter-Teams ermöglichen. Durch die Beschreibung und Modellierung der Roboteranlage, ihrer Fähigkeiten und Werkzeuge sowie des Prozesses und der Produkte können ausführbare Aktionen für Roboterteams abgeleitet werden. Diese können dann in einer simulierten oder realen Roboteranlage umgesetzt werden. Zusätzliches Wissen über vorhandene Werkzeuge und deren Fähigkeiten ermöglicht es, festzulegen, welche Roboter welche Aktion ausführen können. Auch parallele und kooperative Handlungen sind möglich, wobei Beschränkungen wie geometrische Zusammenhänge berücksichtigt werden. In zwei Fallstudien, dem Bau komplexer LEGO-Strukturen und dem Ablegen von Zuschnitten für die CFK-Produktion, wurde erfolgreich gezeigt, dass auf Basis der Modelle Roboterprogramme generiert, simuliert und anschließend ausgeführt werden konnten. In beiden Fällen ermöglicht es eine Simulation, die auch die Eigenschaften der beteiligten Materialien berücksichtigt, Fehler vorab zu erkennen und damit die Planungszeit deutlich zu verringern.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Automatic Planning of Manufacturing Processes using Spatial Construction Plan Analysis and Extensible Heuristic Search. Proceedings of the 15th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, 586-593. SCITEPRESS - Science and Technology Publications.
  Nägele, Ludwig; Schierl, Andreas; Hoffmann, Alwin & Reif, Wolfgang
  
• Towards a Tool-based Methodology for Developing Software for Dynamic Robot Teams. Proceedings of the 15th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, 615-622. SCITEPRESS - Science and Technology Publications.
  Glück, Roland; Hoffmann, Alwin; Nägele, Ludwig; Schierl, Andreas; Reif, Wolfgang & Voggenreiter, Heinz
  
• Automated Planning and Optimization of a Draping Processes Within the CATIA Environment Using a Python Software Tool. Procedia Manufacturing, 38(2019), 808-815.
  Körber, M. & Frommel, C.
  
• Modular and Domain-guided Multi-robot Planning for Assembly Processes. Proceedings of the 16th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, 595-604. SCITEPRESS - Science and Technology Publications.
  Nägele, Ludwig; Schierl, Andreas; Hoffmann, Alwin & Reif, Wolfgang
  
• How to find assembly plans (fast): Hierarchical state space partitioning for efficient multi-robot assembly. 2020 Fourth IEEE International Conference on Robotic Computing (IRC), 172-177. IEEE.
  Hoffmann, Alwin; Nagele, Ludwig & Reif, Wolfgang
  
• LegoBot: Automated Planning for Coordinated Multi-Robot Assembly of LEGO structures. 2020 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 9088-9095. IEEE.
  Nagele, Ludwig; Hoffmann, Alwin; Schierl, Andreas & Reif, Wolfgang
  
• Multi-robot Cooperation for Assembly: Automated Planning and Optimization. Lecture Notes in Electrical Engineering, 169-192. Springer International Publishing.
  Nägele, Ludwig; Schierl, Andreas; Hoffmann, Alwin & Reif, Wolfgang
  
• RealCaPP: Real-time capable Plug & Produce communication platform with OPC UA over TSN for distributed industrial robot control. 2021 IEEE 17th International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), 585-590. IEEE.
  Eymuller, Christian; Hanke, Julian; Hoffmann, Alwin; Reif, Wolfgang; Kugelmann, Markus & Gratz, Florian
  
• RealCaPP: Real-Time Capable Plug & Produce Service Architecture for Distributed Robot Control. 2023 Seventh IEEE International Conference on Robotic Computing (IRC), 352-355. IEEE.
  Eymuller, Christian; Hanke, Julian; Poeppel, Alexander; Wanninger, Constantin & Reif, Wolfgang
  
• A Toolchain for Automated Control and Simulation of Robot Teams in Carbon-Fiber-Reinforced Polymers Production. Applied Sciences, 14(6), 2475.
  Körber, Marian & Glück, Roland