Augmented Reality (AR) in Benutzerschnittstellen für Industrieroboter
In Zusammenarbeit mit
Wolfgang Vogl vom Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswesen (
iwb), TUM Maschinenbau.
In Diskussion mit
Prof. Oliver Bimber, Bauhaus Universität Weimar.
Motivation
Der Hauptanwendungsbereich von industriellen Robotersystemen liegt heute in der Produktion von komplexen Großserienprodukten. Obwohl Roboter bei sinkenden Anschaffungskosten stetig leistungsfähiger und flexibler werden, gelingt die Erschließung von neuen Anwendungsbereichen und -märkten, wie bspw. im Mittelstand oder im Handwerk, nur bedingt. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die Komplexität ihrer Bedienung und das dafür notwendige Expertenwissen. Die Programmierung von Robotern ist bei allen derzeit verfügbaren Methoden nur durch speziell geschultes Personal zu bewältigen.
Technologien wie Virtual Reality und insbesondere Augmented Reality bieten viel versprechende Ansätze, um die Interaktion des Menschen mit einem Roboter intuitiver zu gestalten. Ziel ist hierbei zum einen, die Effizienz der Programmierung zu erhöhen, also eine schnellere und in ihren Resultaten qualitativ bessere Programmerstellung zu ermöglichen. Zum anderen gilt es aber auch, die Bedienung und Programmierung eines Roboters so zu vereinfachen, dass sie auch von weniger geschulten Personen schnell erlernt werden kann und einfach durchführbar ist.
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb, TUM Maschinenbau) wird zu diesem Thema eine auf Augmented Reality basierende Benutzerschnittstelle für Industrieroboter entwickelt. Damit können die Bahnen von Industrierobotern visualisiert und mittels eines, in seiner Position und Orientierung getrackten Eingabezeigers manipuliert werden.
Bisher wurden dabei in der Hauptsache Head-Mounted Displays bzw. monitorbasierte Anzeigen verwendet. Diese Anzeigeformen bringen eine Reihe von Einschränkungen mit sich, wie bspw. eine starke Begrenzung des Blickfeldes und mangelnde Bewegungsfreiheit des Bedieners.
Aufgabenstellung und Vorgehensweise
Im Zuge dieser Diplomarbeit soll der Einsatz von im Arbeitsraum integrierten Displayformen (sog. Spatial Displays) untersucht werden. Es soll insbesondere der Einsatz von interaktiven, projektionsbasierten Visualisierungstechniken zur Anzeige und zur Manipulation von Roboterbahnkurven evaluiert werden.
Dabei wird folgende Vorgehensweise vorgeschlagen:
- Es soll der Stand der Technik an Verfahren und Methoden zur Roboterprogrammierung, insbesondere der Stand der Forschung zum Einsatz von Augmented Reality in der Roboterprogrammierung bestimmt werden.
- Es soll eine Prozessanalyse des Programmiervorgangs von Industrierobotern für einen ausgewählten Anwendungsbereich (hier: Kleben) durchgeführt werden.
- Für die projektionsbasierte Darstellung sollen die technologischen Grundlagen und Randbedingungen geklärt werden. Dabei sollen insbesondere die Problembereiche Kalibrierung, interaktives Rendering, Dualität Kamera-Projektor und Tracking bearbeitet werden.
- Basierend auf den Ergenissen der vorherigen Punkte soll ein Interfacekonzept entworfen werden, welches projektionsbasierte Anzeigen mit den bisher entwickelten Verfahren ergänzend kombiniert und in ein Gesamtkonzept zur Visualisierung und Eingabe integriert.
- Für die zentralen Verfahren und Methoden soll ein Versuchssystem konzipiert und prototypisch implementiert werden.
- Anhand des Versuchssystems soll dann eine erste Validierung der projektionsbasierten Anzeigeformen hinsichtlich Arbeitsraum, Genauigket, Benutzbarkeit und Effizienz erfolgen.
Vorkenntnisse/Betreuung
Die Durchführung der Arbeit erfolgt in der Versuchshalle des Instituts für Werkzeug- und Betriebswissenschaften (iwb), wo vorhandene Aufbauten (Roboterzelle, diverse HMDs, Trackingsysteme) und geeignete Software für die Arbeit zur Verfügung stehen. Vorkenntnisse im Bereich AR/VRbzw. in der Mensch-Maschine Kommunikation, sowie in C/C++ und Opengl sind wünschenswert.
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