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Die dresden elektronik ingenieurtechnik GmbH hat kürzlich die Förderzusage für die Teilnahme am BMBF-Forschungsprogramm „Anwendung von Methoden der Künstlichen Intelligenz“ erhalten. Unter dem Projektnamen „Rob-aKademI“ wird dresden elektronik in einem Zeitraum von zwei Jahren untersuchen, wie es gelingen kann Roboter in den komplexen Prozessen der THT-Leiterplattenbestückung erfolgreich einzusetzen. Die Forschungsaufgabe besteht darin, wie ein Roboter die Anschlüsse von Bauelementen in die dafür vorgesehenen Löcher auf den Leiterplatten präzise platzieren kann. Diese technische Herausforderung soll durch den Einsatz künstlicher Intelligenz und selbstlernenden Algorhytmen gelöst werden. Dabei arbeiten das Unternehmen mit zwei Forschungseinrichtungen und fünf Industriepartnern zusammen. Durch die Ergebnisse soll die bisher ausschließlich manuelle und auf Dauer kognitiv belastende Arbeit der Mitarbeiter erleichtert werden.

Bereich Elektronik EMS: dresden elektronik beginnt Forschungsvorhaben zum Einsatz von Robotern in der Fertigung.
Quelle: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Hintergrund Forschungsprojekt „Rob-aKademI“

Für Montageaufgaben ist die flexible Roboterprogrammierung bislang noch aufwendig. Dies zu verbessern, ist das Ziel des am 1. Juli 2020 gestarteten Forschungsprojekts „Rob-aKademI“. Die darin genutzten Technologien, allen voran das Maschinelle Lernen, sollen die Programmierung erleichtern und autonomer machen.
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. Sie erkunden in der Simulationsumgebung autonom ihre Umgebung, planen darauf aufbauend ihr Verhalten und optimieren es selbstständig bzw. lernen fortlaufend.

Drei Lernmodule für die Praxis

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.

Im Projekt entstehen drei anwendungsbezogene Lernmodule, die das Expertenwissen über die Roboterprogrammierung und die auszuführende Montageoperation kapseln: Das „Perzeptionsmodul“ für die Objekterkennung, das Lernmodul „Kraftgeregeltes Fügen“ für robuste Fügestrategien und das Lernmodul „Schnappverbindungen“ mit einem detaillierten physikalischen Fügemodell. Mit diesen Technologien werden robuste Roboterprogramme für die Übertragung der Simulationsergebnisse in die Realität erstellt. Mithilfe dreier praxisorientierter Anwendungsfälle, der 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.

Mehrwerte der Automatisierung

„Rob-aKademI“ adressiert mit seinen Projektzielen insbesondere die Bedarfe einer zunehmend personalisierten Produktion. Montageanwendungen stellen aktuell noch hohe Anforderungen an die Roboterprogrammierung. Dazu zählen vielfältige und gleichzeitig anspruchsvolle, oft kraftgeregelte Prozesse, eine hohe Variantenzahl und kurze Zykluszeiten. Für viele Unternehmen und insbesondere den Mittelstand mit seinen kundenspezifischen Produkten lohnt es sich deshalb oft noch nicht, Roboter für die Montage zu nutzen, zumal nur ein Experte die Programmierung vornehmen kann. Dabei bieten Roboter Vorteile wie die Übernahme von nicht ergonomischen, gefährlichen oder monotonen Tätigkeiten und gleichbleibende Qualität in der Aufgabenausführung. Sie können überdies ein entscheidender Wettbewerbsfaktor gerade in Hochlohnländern wie Deutschland sein. Dank zahlreicher Automatisierungs-Potenzialanalysen, die das Fraunhofer IPA bereits weltweit durchgeführt hat, kennen die Forscher die Bedarfe der Unternehmen genau und bringen diese Expertise ins Projekt ein. KI bringt Robotik voran Das Projekt „Rob-aKademI“ 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. Weitere Informationen zum letztgenannten Projekt bietet die Webseite des IFF: https://www.iff.uni-stuttgart.de/forschung/kognitive_produktionssysteme/

„Rob-aKademI“ möchte die Roboterprogrammierung für Montageaufgaben deutlich vereinfachen.

Über dresden elektronik ingenieurtechnik GmbH
Seit 30Jahren agiert die dresden elektronik ingenieurtechnik GmbH als Partner für komplexe Elektronikentwicklung, Typprüfung und Serienfertigung auf dem Markt. Von der ersten Idee bis zum fertigen Produkt steht dresden elektronik ihren Kunden bei der Lösung individueller und anspruchsvoller Aufgaben zur Seite. Alle Produkte und Leistungen von dresden elektronik sind 100% “Made in Germany”.
Die vorwiegend kundenspezifischen Lösungen entstehen in den Bereichen Low-Power-Datenfunk, Anzeigetechnik, Antriebs- und Sicherheitssteuerungen, elektronische Steuerungs- und Regelungs-, Test- und Prüfsysteme sowie Steuerungstechnik für Lichtsignalanlagen.
Kernkompetenz des jüngsten Geschäftsbereiches ist die Low Power Funktechnologie für drahtlose Sensornetzwerke nach dem Standard IEEE 802.15.4. Die Produktpalette reicht von optimal aufeinander abgestimmten Hardware-Komponenten, komfortablen Software- und Evaluation-Tools bis hin zu maßgeschneiderten, schlüsselfertigen Engineering-Lösungen für die Frequenzbereiche 2,4 GHz und 868/915 MHz. Ein Spezialgebiet sind Komponenten für Funklichtsteuerungen.
Mit Gründung der 100%-igen Tochter dresden elektronik verkehrstechnik GmbH erhielt der Geschäftsbereich Verkehrstechnik 2006 eine neue Basis für Produktentwicklungen im Bereich Verkehrsbeeinflussung und Anzeigensysteme.
Erzeugnisse von dresden elektronik finden Anwendung in zahlreichen Branchen wie Maschinen- und Anlagenbau, Bühnen- und Verkehrsleittechnik, Mess- und Prüftechnik, Pharma- und Biotechnologie, Halbleiterindustrie, Präzisionsgerätebau, aber auch Wissenschaft und Forschung.
www.dresden-elektronik.de

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