Kogni-Bot - Der modulare Softwarebaukasten zur kognitiven Roboterprogrammierung für die intelligente und flexible Produktion von morgen

Der vorherrschende Trend im produzierenden Gewerbe ist der Wandel von kleinen Produktpaletten, die in Großserie gefertigt werden, hin zu Kleinserien oder gar Einzelfertigung breiter Produktspektren. Um diesen Trend gerecht zu werden und dennoch eine möglichst durchgängige Automatisierung zu gewährleisten, sind hochgradig flexible Produktionssysteme erforderlich, wofür Industrieroboter eine geeignete Ausgangsbasis bilden. Zur Steigerung des Automatisierungsgrads von Produktionsanlagen, bei gleichzeitiger Erhöhung der Flexibilität, soll der Aspekt der (roboterbasierten) Bestückung von Produktionsanlagen in diesem Forschungsvorhaben aufgegriffen werden, indem Ansätze zur nachhaltigen Automatisierung erforscht und exemplarisch demonstriert werden. Als Enabler sollen Ansätze der klassischen Automatisierung mit Verfahren des maschinellen Lernens verknüpft werden und so einen hohen Innovationschub in der Automatisierung hervorbringen. Dabei soll die augenscheinlich einfache Aufgabe der Anlagenbestückung vollumfänglich abgedeckt werden. Neben dem Greifen von verschiedenen Objekten aus einem Schüttgutbehälter („Griff in die Kiste“) und definierter Ablage in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung spielt auch die Qualitätsprüfung eine entscheidende Rolle.

Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines modular einsetzbaren Softwarebaukastens für kognitive Roboterfunktionalitäten, die in ihrer Anwendung flexible Handhabungsprozesse sowie Qualitätsprüfungen für unterschiedlichste Bauteil- und Produktvariationen ermöglichen und dabei erstmals autonom ohne manuelles (Nach-)Teachen auskommen. Die Autonomie und Intelligenz soll jetzt erstmalig durch sorgfältige Auswahl und geeignete Kombination verschiedener KI-Methoden (z.B. Kognitionsmodelle, Heuristische Suchen, Wissenserwerb / Reinforcement Learning) erzielt werden, was schlussendlich in einer durchgängigen Automatisierung zusammenfließen soll und gleichzeitig eine hohe Flexibilität gegenüber sich ändernden Einsatzbedingungen oder Teilespektren aufweist. Die wesentlichen wissenschaftlichen Herausforderungen im Projekt sind die Objekterkennung eines breiten und gemischten Handling-Teilespektrums in der Kiste, die selbständige und flexible Bahnplanung und die Kollaboration der Roboter sowie die optische Qualitätsüberwachung inline im Prozess. Anhand von Systemdemonstratoren zur flexiblen Anlagenbestückung und Qualitätsprüfung soll die Entwicklung zielgerichtet validiert und optimiert werden. Der differierte Einsatz der Softwaremodule ermöglicht zugleich eine praxistaugliche Überprüfung der Modularität des zu entwickelnden Softwarebaukastens. Anwendung soll diese softwaregetriebene Entwicklung in der automatisierten Bestückung und 100%-Qualitätsprüfung finden. 

Als zentrale gemeinsame Verwertung wird der modulare Softwarebaukasten für kognitive Roboterfunktionalitäten angesehen, der vor allem auf die Steigerung des Automatisierungsgrads von Sonderanlagen sowie zur Realisierung einer 100% Prüfautomation abzielen. Der modulare Aufbau der darin integrierten Lösungskomponenten mit standardisierten Schnittstellen ermöglicht einen flexiblen Einsatz auch in anderen Anwendungsgebieten und perspektivisch eine Weiterentwicklung der Module als separate Produkte und Services. Folglich kann im Projektnachgang eine direkte Verwertung durch die industriellen Partner erfolgen. Eine wissenschaftliche Einordnung und Verwertung im Rahmen von Konferenzbeiträgen und Publikation ist ebenfalls vorgesehen.

Hiersemann Prozessautomation GmbH

Tuchschererstraße 4a, 09116 Chemnitz

Teilprojekt: Kogni-Bot HANDLING

LSA GmbH Leischnig Schaltschrankbau Automatisierungstechnik

Äußerer Hofring 11, 09429 Wolkenstein

Teilprojekt: Kogni-Bot ASSEMBLY

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)

Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz

Teilprojekt: Kogni-Bot INSPECT

Die Projektpartner danken der Europäischen Union und der Bundesrepublik Deutschland für die finanzielle Unterstützung.