
Handbuch Mensch-Roboter-Kollaboration
Description
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"Das Buch ist interessant für alle, die den Roboter jenseits der Großserie für eine wandelbare Produktionsumgebung einsetzen möchten." SPS Magazin, Februar 2024 "Industrielle und praxisnahe Beispiele zur Veranschaulichung der dargestellten Themenbereiche sind durchgängig zu finden. Eine Vielzahl von Literaturreferenzen ermöglicht die zielgerichtete Vertiefung der Inhalte. Die 2. Auflage der Autoren Rainer Müller, Jörg Franke, Dominik Henrich, Bernd Kuhlenkötter, Annika Raatz und Alexander Verl gibt zahlreiche Updates zu u.a. neue Appliaktionen und Sicherheitsstrategien, verbesserte Kopplung des Digitalen Zwillings, neue Ansätze zur Inbetriebnahme und Umprogrammierung oder KI-Unterstützung und ist im Carl Hanser Verlag erschienen." EEP Industrie, 16.02.2024 "Das Handbuch beschreibt alle wichtigen Aspekte, die beim Einsatz von kollaborativen Robotern eine Rolle spielen und beantwortet daraus entstehende Fragen. [...] Die 2. Auflage beleuchtet zudem Weiterentwicklungen der Sensorik und Programmierung, die verbesserte Kopplung des digitalen Zwillings, erweiterte Modelle der Mensch-Roboter-Interaktion, neue Ansätze zur Inbetriebnahme und Umprogrammierung sowie die Chancen, die durch KI-Unterstützung entstehen." Industrielle Automation, 12.01.2024More details
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Content
- Intro
- Inhaltsverzeichnis
- Vorwort
- Verzeichnis der Autorinnen und Autoren
- 1 Einführung in die industrielle Robotik mit Mensch-Roboter-Kooperation
- 1.1 Mensch-Roboter-Kooperation als Trend für die Zukunft der Robotik
- 1.2 Einsatzpotenziale und Klassifikation der Mensch-Roboter-Kooperation
- 1.2.1 Automatisierungspotenzial durch MRK-Anwendungen
- 1.2.2 Formen der Mensch-Roboter-Kooperation
- 1.2.3 Beispielapplikationen mit Mensch-Roboter-Kooperation
- 1.3 Robotersicherheit
- 1.3.1 Anlagensicherheit und Risikobeurteilung für Robotersysteme
- 1.3.2 Zielkonflikt zwischen Produktivität und Sicherheit
- 1.3.3 Unfallanalyse in der Industrierobotik
- 1.3.4 Sicherheitsvorgaben für MRK-Systeme in der Normung
- 1.3.5 Sicherheitsstrategien in der direkten physischen MRK
- 1.3.6 Kollisionsfolgenabschätzung in der Robotik
- 1.3.7 Bewertungsstrategie zur Steuerung des Verletzungspotenzials in MRK-Anwendungen
- 1.4 Literatur
- 2 Hardwareseitige MRK-Systemgestaltung
- 2.1 Grundlagen der Industrierobotik
- 2.1.1 Aufbau der Mechanik
- 2.1.2 Sicherheitstechnik im und am Roboter
- 2.1.3 Programmierung von IR
- 2.2 Kollaborationen unter Einsatz konventioneller Roboter
- 2.2.1 Kollaborationsarten
- 2.2.2 Erweiterte Sicherheitstechnik
- 2.3 Kollaborationsfähige Roboter
- 2.3.1 Biomechanische Grenzen
- 2.3.2 Anwendungsbereiche von kollaborationsfähigen Robotern
- 2.3.3 Sicherheitstechnik in kollaborationsfähigen Robotern
- 2.3.4 Systeme zur Unterstützung bei der Programmierung von kollaborationsfähigen Robotern
- 2.4 Peripherie
- 2.4.1 Endeffektoren als Bestandteil von MRK-Systemen
- 2.4.2 Greifer - Grundlagen
- 2.4.3 MRK-Greifsysteme und Schraubsysteme
- 2.4.4 Neuartige Greifertypen
- 2.4.5 Roboterwagen
- 2.5 Literatur
- 3 Sensortechnik
- 3.1 Sensortechnik als Grundlage für die Mensch-Roboter-Kooperation
- 3.1.1 Messaufgaben für die Mensch-Roboter-Kooperation
- 3.1.2 Physikalische Sensoreffekte, Sensorsysteme und Signalverarbeitung in MRK-Systemen
- 3.1.3 Messunsicherheit, Zuverlässigkeit und Sicherheit bei Sensoren
- 3.2 Sensoren zur Messung der Zustandsgrößen der Umgebung (externe Sensoren)
- 3.2.1 Resistive Sensoren
- 3.2.2 Kapazitive Sensoren
- 3.2.3 Induktive Sensoren
- 3.2.4 Akustische Sensoren
- 3.2.5 Optische Sensoren
- 3.2.6 Pneumatische Sensoren
- 3.2.7 Radarsensoren
- 3.2.8 Bioelektrische Sensoren
- 3.3 Sensoren zur Messung der inneren Zustandsgrößen eines Robotersystems (interne Sensoren)
- 3.3.1 Kraft- und Momentenmessung
- 3.3.2 Positions-, Weg- und Winkelmessung
- 3.3.3 Beschleunigungs- und Drehratenmessung
- 3.4 Literatur
- 4 Steuerungstechnik
- 4.1 Industrielle Steuerungen
- 4.1.1 Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)
- 4.1.2 Bewegungssteuerung
- 4.1.3 Sichere Steuerung
- 4.1.4 Sichere Antriebsfunktionen
- 4.2 Steuerungssimulation
- 4.2.1 Virtuelle Methoden der digitalen Fabrik
- 4.2.2 Erweiterung auf die Mensch-Roboter-Kooperation
- 5 Mensch-Roboter-Interaktion
- 5.1 Einleitung
- 5.2 Modalitäten zur Interaktion
- 5.2.1 Unimodale Interaktion unter Nutzung auditiver Schnittstellen
- 5.2.2 Unimodale Interaktion unter Nutzung haptischer Schnittstellen
- 5.2.3 Unimodale Interaktion unter Nutzung visueller Schnittstellen
- 5.2.4 Multimodale Interaktion unter Nutzung verschiedener Schnittstellen
- 5.3 Programmierung von Robotern
- 5.3.1 Roboterzentrierte Programmierung
- 5.3.2 Aufgabenzentrierte Programmierung
- 5.3.3 Führungszentrierte Programmierung
- 5.3.4 Benutzerzentrierte Programmierung
- 5.3.5 Hybride Programmiersysteme
- 5.4 Erkennung von möglichen Mensch-Roboter-Kollisionen
- 5.4.1 Grundlagen
- 5.4.2 Binäre Lokalisation
- 5.4.3 Lokalisation mit Einzelsensor
- 5.4.4 Lokalisation mit Sensorfusion
- 5.4.5 Vergleich der Methoden
- 5.5 Reaktion auf mögliche Mensch-Roboter-Kollisionen
- 5.5.1 Kollisionsentschärfung
- 5.5.2 Geschwindigkeitsregelung
- 5.5.3 Lokale Ausweichbewegung
- 5.5.4 Globale Ausweichbewegung
- 5.5.5 Vergleich der Verfahren
- 5.5.6 Systemstudie SIMERO
- 5.6 Koordinierung hybrider Mensch-Roboter-Teams
- 5.6.1 Grundlagen
- 5.6.2 Statische Team-Organisation
- 5.6.3 Semi-dynamische Team-Organisation
- 5.7 Literatur
- 6 Planung, Simulation und Inbetriebnahme
- 6.1 Stand der Simulationstechnik und der virtuellen Inbetriebnahme
- 6.1.1 Ziele und Nutzen der Simulation
- 6.1.2 Roboter- und Arbeitszellensimulationssysteme
- 6.2 Aufgabenteilung zwischen Mensch und Roboter
- 6.3 Simulation der Mensch-Roboter-Interaktion
- 6.3.1 Einordnung in bestehende Definitionen
- 6.3.2 Bestehende Softwaresysteme
- 6.3.3 Innovative Ansätze zur virtuellen Auslegung von Mensch-Roboter-Umgebungen
- 6.4 Von der Simulation zur Inbetriebnahme
- 6.4.1 Virtuelle Inbetriebnahme mittels durchgängiger Planungskette
- 6.4.2 Unzureichende Absolutgenauigkeit von Industrierobotern
- 6.4.3 Steigerung der Absolutgenauigkeit durch Kalibriermethoden
- 6.4.4 Lokale kameragestützte Referenzierung zur Steigerung der Positioniergenauigkeit
- 6.4.5 Automatisierte Greif- und Bahnplanung
- 6.5 Sicherheits- und Sensorsimulation
- 6.6 Austauschformate, CAx-Werkzeugkette
- 6.7 Literatur
- 7 Methoden zur erfolgreichen Einführung von MRK
- 7.1 Technische Randbedingungen
- 7.1.1 CE-Zertifizierung
- 7.1.2 Risikobeurteilung
- 7.1.3 Sicherheitsfunktionen für die Mensch-Roboter-Kollaboration
- 7.1.4 Durchführung einer Kraftmessung
- 7.2 Planung einer MRK-Anwendung
- 7.2.1 Vorgehensweise für die Planung
- 7.2.2 Dokumentation der Anforderungen
- 7.2.3 Morphologischer Kasten
- 7.2.4 Anforderungen
- 7.2.5 Beurteilung der Betriebsmittel
- 7.2.6 Bewertung der Ergonomie bei MRK-Anwendungen
- 7.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
- 7.3.1 Einordnung von MRK im Kontext der Wirtschaftlichkeit von Produktionsanlagen
- 7.3.2 Wirtschaftliche Vorteile von MRK im Vergleich zu klassischen Formen der Automatisierung
- 7.3.3 Wirtschaftliche Vorteile von MRK entlang des Lebenszyklus von Roboteranlagen
- 7.3.4 Anwendungsbeispiele
- 7.3.5 Entlohnung
- 7.3.6 Ausblick
- 7.4 Menschzentrierte Einführungsstrategie
- 7.4.1 Bedürfnisse des Menschen und Widerstände gegenüber Veränderung
- 7.4.2 Durchführung von Veränderungsprozessen und Steigerung der Mitarbeiterakzeptanz für MRK-Lösungen
- 7.4.3 Akzeptanzfaktoren für die Einführung von MRK-Systemen
- 7.4.4 Best Practice
- 7.4.5 Halbautomatisierte MRK
- 7.4.6 Menschliche Intentionserkennung
- 7.4.7 Kognitive Assistenzsysteme zur Unterstützung der Mitarbeiter in der Produktion
- 7.4.8 Zusammenfassung und Chancen für die Zukunft
- 8 Branchenspezifische Applikationen
- 8.1 MRK-Applikationen in der Automobilmontage
- 8.1.1 Darstellung der Anforderungen und Rahmenbedingungen
- 8.1.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungsansätze
- 8.1.3 Illustrierung von Beispielen
- 8.1.4 Zusammenfassung und Fazit
- 8.2 Flexible Automatisierung in der Elektronikmontage mithilfe von MRK-Systemen
- 8.2.1 Rahmenbedingungen und Herausforderungen in der Elektronikmontage
- 8.2.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungsansätze
- 8.2.3 Beispielhafte Anwendungen von MRK-Systemen in der Elektronikproduktion
- 8.3 Anwendungsbeispiel: Montage von Hydraulikventilen
- 8.3.1 Darstellung der Anforderungen und Rahmenbedingungen
- 8.3.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungsansätze
- 8.3.3 Illustrierung von Beispielen
- 8.4 Montage von Großgeräten
- 8.4.1 Darstellung der Anforderung und Rahmenbedingungen
- 8.4.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungsansätze
- 8.4.3 Illustrierung von Beispielen
- 8.4.4 Zusammenfassung
- 8.5 Anwendungsbeispiel: Intralogistik
- 8.5.1 Beweggründe für den MRK-Einsatz in der Intralogistik
- 8.5.2 Umsetzungsbeispiel zur Autonomisierung des Materialflusses im Hauptwertstrom
- 8.5.3 Umsetzungsbeispiel zur automatisierten Logistik von Verbrauchs- und Verbauteilen
- 8.5.4 Umsetzungsbeispiel zur Effizienzsteigerung der Kommissionierung
- 8.5.5 Zusammenfassung und Fazit
- 8.6 Anwendungsbeispiel: Robotergestützte Systeme in der Medizin
- 8.6.1 Normativer Rahmen
- 8.6.2 Einteilung medizinischer Robotersysteme
- 8.6.3 Umsetzungsbeispiele
- 8.6.4 Zusammenfassung und Fazit
- 8.7 Anwendungsbeispiel: Servicerobotik im Haushalt
- 8.7.1 Anforderungen und Rahmenbedingungen
- 8.7.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungen
- 8.7.3 Umsetzungsbeispiele
- 8.7.4 Zusammenfassung und Fazit
- 8.8 Individuelle und aufgabenabhängige Unterstützung bei physisch beanspruchenden Tätigkeiten durch anziehbare Systeme
- 8.8.1 Einführung
- 8.8.2 Anforderungen und Rahmenbedingungen
- 8.8.3 Exemplarische Systemansätze
- 8.8.4 Entwicklungsvorgehen für körpergetragene physische Unterstützungssysteme
- 8.8.5 Potenziale
- 8.9 Anwendungsbeispiel: Roboterbasierte Vorfertigung für Losgröße Eins im Holzbau
- 8.9.1 Rahmenbedingungen und Herausforderungen für die Automatisierung im Holzbau
- 8.9.2 Forschungsansatz zur Automatisierung im Holzbau
- 8.9.3 Robotische Vorfertigung und Mensch-Roboter-Interaktion im Holzbau
- 8.9.4 Illustrierung von Umsetzungsbeispiele
- 8.9.5 Zusammenfassung und Fazit
- 8.10 Vielfältiger Einsatz von MRK-Systemen bei einem global tätigen Automobil- und Industriezulieferer
- 8.10.1 Koexistenz
- 8.10.2 Kooperation
- 8.10.3 Kollaboration
- 8.10.4 Mobile Cobots
- 9 Entwicklungsrichtungen für aktuelle und zukünftige Anwendungen
- 9.1 Soft Robotics
- 9.1.1 Übersicht
- 9.1.2 Komponenten
- 9.1.3 Entwurfs- und Beschreibungsmethoden
- 9.1.4 Anwendungsgebiete
- 9.2 Software für die Roboterinteraktion mit dem LBR iiwa
- 9.2.1 Einführung
- 9.2.2 Eine Quelltext-offene Zustandsmaschine für die sichere MRK
- 9.2.3 OpenIGTLink-Schnittstelle
- 9.2.4 Medizinische Therapieplanung mit 3D-Slicer
- 9.2.5 Teleoperation mittels ROS-Schnittstelle und OpenIGTLink
- 9.2.6 Tablet-PC, Smartwatch und Mikro-PC-basierter Zustandswechsler am Endeffektor
- 9.2.7 Zusammenfassung und Ausblick
- 9.2.8 Literatur
- Index
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