In zwei Forschungsprojekten wurde am Beispiel des Zusammenbaus eines Sensorgehäuses untersucht, wie Sicherheit und Arbeitszufriedenheit bei der Zusammenarbeit von Mensch und Maschine gewährleistet und verbessert werden können. (Bild: Cologne Cobots Lab)
Roboter können bei repetitiven Arbeiten, wie der Montage kleiner Sensorgehäuse, den Arbeitern assistieren. Wie diese Interaktion verbessert werden kann, hat die TH Köln untersucht. Durch die Integration moderner Technologien wie Gestenerkennung, Sprachsteuerung und Augmented Reality hat das Team des Cologne Cobots Labs der TH Köln einen Demonstrator entwickelt, der die Effizienz und Sicherheit bei gemeinsamen Arbeitsprozessen von Mensch und Maschine verbessern kann.
„Autonom agierende Maschinen sind in vielen Branchen wie der Automobil- und Zuliefererindustrie oder der Produktion im Einsatz. Dass Menschen mit einem Roboter sozusagen Hand in Hand arbeiten, ist dagegen noch eher selten. Es fehlt noch an Akzeptanz und die Zusammenarbeit wird oftmals noch als undurchsichtig und kompliziert empfunden“, erklärt Prof. Dr. Anja Richert vom Cologne Cobots Lab der TH Köln.
Projekt MeRobot: Sicherheit und Arbeitszufriedenheit gewährleisten
Im Projekt MeRobot wurde untersucht, wie Sicherheit und Arbeitszufriedenheit bei der Zusammenarbeit von Mensch und Maschine gewährleistet werden können. Hierfür wurde am Beispiel des Zusammenbaus eines Sensorgehäuses eine kollaborative Montagezelle aufgebaut.
Der wissenschaftliche Mitarbeiter Artur Fuchs erläutert: „In unserem Versuchsszenario saßen sich Mensch und Roboter an einem Tisch gegenüber. Letzterer steckte in einem beispielhaften Arbeitsschritt zwei Komponenten zusammen, dann hielt er das Bauteil der Testperson hin, die die Schrauben anziehen sollte.“
Missverständnisse erhöhen die Unsicherheit
Um das Wohlbefinden der Testpersonen zu ermitteln, wurden verschiedene Vitalwerte wie Puls, Lidschlussrate, Pupillendurchmesser sowie Hautleitfähigkeit mithilfe von am Körper angebrachten Sensoren erfasst und an eine zentrale Recheneinheit gesendet.
Abweichungen von definierten Normwerten nach oben deuteten auf eine höhere Stressbelastung hin und waren für den Roboter das Signal, mehr Unterstützung zu leisten. Im Gegenzug wurden Arbeitsschritte ausgelassen, wenn die Testpersonen unterfordert schienen.
Anschließend wurden die Messdaten ausgewertet und das subjektive Feedback der 13 Testpersonen eingeholt. Es wurde festgestellt, dass die Zusammenarbeit mit dem Roboter oft als zu kompliziert empfunden wurde. Beispielsweise konnten einige Testpersonen nicht einschätzen, ob der Roboter ihre Eingabe erkannt hat. Solche Missverständnisse erhöhen die Unsicherheit bei den Nutzern.
Projekt MyRobot: Intuitivität und Transparenz steigern
Das Ziel des Folgeprojekts MyRobot war es, die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine intuitiver und transparenter zu gestalten, um die Leistung der Montagezelle zu steigern. Dazu wurde der bereits erprobte Demonstrator mit Kameras ausgestattet und eine Künstliche Intelligenz mit den Daten der aufgezeichneten Gesten von fünf Testpersonen trainiert. Die Handbewegungen der Nutzer sollen beim Roboter die gewünschten Reaktionen im Montageprozess auslösen.
Um die Interaktionen transparenter zu gestalten, wurden Tests mit einer Augmented Reality-Brille durchgeführt. Die 20 Testpersonen konnten dadurch sehen, welchen Arbeitsschritt die Maschine gerade ausführt, wie lange dieser noch dauert oder ob der Roboter eine Eingabe erwartet, beispielsweise über einen Sprachbefehl.
In einem weiteren Teilprojekt wurden die von MeRobot gesammelten Daten in einen Algorithmus eingespeist, um zukünftige Vitalwerte vorhersagen zu können und Belastungsschwankungen zu vermeiden.
Erkenntnisse und Ausblick
Die Studie konnte zeigen, dass die Vitaldaten mit einer Genauigkeit von 97,93 Prozent innerhalb einer Sekunde vorhergesagt werden können.
Zusätzlich wurde festgestellt, dass die Probanden eine konkrete Visualisierung durch Augmented Reality als hilfreich empfanden. Beispielsweise wurde ein Kasten angezeigt, der den Übergabeort eines Bauteils darstellte, wenn der Roboter es übergab.
Weiterhin bevorzugten die Testpersonen die Interaktion per Gestensteuerung gegenüber früheren Projekten ohne diese Möglichkeit, obwohl die Produktionsrate geringer war. Diese Präferenz lag hauptsächlich an der höheren Fehleranfälligkeit der Maschine. Jedoch ermöglichte die Gestensteuerung den Menschen, das Arbeitstempo einfacher zu kontrollieren, was zu einer höheren Zufriedenheit führte.
Die TH Köln sieht in diesen Erkenntnissen Potenzial für zahlreiche Anwendungsbereiche. Durch die Integration moderner Technologien und die Berücksichtigung von Nutzerfeedback kann die Mensch-Maschine-Kollaboration sicherer, intuitiver und effizienter gestaltet werden.
Quelle: TH Köln
Vorteile der Mensch-Maschine-Kollaboration in der Industrie
- Effizienzsteigerung: Die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine ermöglicht eine Optimierung von Arbeitsprozessen und eine Steigerung der Produktivität.
- Sicherheit und Ergonomie: Moderne kollaborative Roboter sind darauf ausgelegt, sicher mit Menschen zusammenzuarbeiten, und tragen zur Reduzierung ergonomischer Belastungen bei.
- Flexibilität und Anpassungsfähigkeit: Mensch-Maschine-Kollaborationssysteme sind flexibel und können leicht an neue Anforderungen und Umgebungen angepasst werden.
- Innovation durch Technologieintegration: Die Integration von Technologien wie Gestenerkennung, Sprachsteuerung und Augmented Reality eröffnet neue Möglichkeiten für eine intuitive Interaktion zwischen Mensch und Maschine.
- Zukunftsaussichten: Die Mensch-Maschine-Kollaboration bietet vielversprechende Perspektiven für eine Vielzahl von Branchen, darunter Fertigung, Logistik, Gesundheitswesen und Serviceindustrie.
