Intuitive sensorbasierte, editierbare, kinästhetische Programmierung von Pick-and-Place-Aufgaben für Mehrrobotersysteme

Titelangaben

Riedl, Michael:
Intuitive sensorbasierte, editierbare, kinästhetische Programmierung von Pick-and-Place-Aufgaben für Mehrrobotersysteme.
Bayreuth , 2022 . - 188 S.
( Dissertation, 2022 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00005968

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Abstract

Das Programmieren von Robotern ist meist kosten- und zeitintensiv und wird in der Regel von Systemintegratoren durchgeführt. Für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) stellt dies ein Problem dar, da durch geringe Losgrößen Robotersysteme häufig neu programmiert werden müssen. Um Robotersysteme für KMU wirtschaftlicher zu machen muss der Programmierprozess günstiger und schneller gemacht werden. Eine Möglichkeit dies zu erreichen ist, dass Werker:innen in KMU, anstelle von Systemintegratoren, die Roboter mit Hilfe eines intuitiven Programmiersystems für Nicht-Expert:innen programmieren.

Diese Arbeit stellt ein neuartiges Konzept für ein intuitiv zu bedienendes, schnelles Mehrroboter Programmiersystem für Pick-and-Place Anwendungen vor. Es basiert auf der kinästhetische Programmierung von Robotern in Form der Playback Programmierung. Ziel ist es, Domänen-Expert:innen ohne textuelle Programmierkenntnisse das Programmieren von Robotern zu ermöglichen.

Der vorgeschlagene Ansatz setzt auf vier Kernaspekte: Darstellen, Editieren, Kontrollieren und Synchronisieren. Unter dem Aspekt Darstellen wird zunächst eine kontextfreie Grammatik für die kinästhetisch demonstrierten Roboterprogramme in Form einer Backus-Naur-Form (BNF) entwickelt. Die Elemente dieser BNF werden anschließend übersetzt in eine skalierbare und geschichtete graphische Darstellung entlang einer Zeitleiste. Für den Aspekt Editieren wird ein Konzept zum graphischen Editieren der kinästhetisch demonstrierten Roboterprogramme entlang der Zeitleisten präsentiert. Unter dem Aspekt Kontrollieren werden Konzepte für sensorbasierte Schleifen und Verzweigungen in kinästhetisch demonstrierten Roboterprogrammen vorgestellt. Zusätzlich wird ein Konzept für Schleifen-Inkremente definiert, welche das Programmieren von Stapel- und Palettieraufgaben ermöglichen. Für den Aspekt Synchronisieren wird ein Konzept zur zeitlichen Synchronisation mehrerer Roboter mit Hilfe von Synchronisationspunkten und Synchronisationsintervallen erarbeitet. Dieses Konzept wird auf eine Synchronisation zwischen Mensch und Roboter erweitert. Alle Konzepte der vier Aspekte werden in ein prototypisches Programmiersystem integriert.

Das Programmiersystem wird in einer Studie mit 42 Teilnehmer:innen hinsichtlich intuitiver Bedienbarkeit, bestehend aus Effektivität, mentaler Effizienz und Zufriedenheit, evaluiert. Die Ergebnisse der Evaluation zeigen ein intuitiv zu bedienendes Programmiersystem.

Abstract in weiterer Sprache

Programming robots is usually costly and time-consuming and is usually carried out by system integrators. This poses a problem for small and medium-sized enterprises (SMEs), as robot systems often have to be reprogrammed due to small batch sizes. In order to make robot systems more economical for SMEs, the programming process must be made cheaper and faster. One possibility to achieve this is that workers in SMEs, instead of system integrators, program the robots with the help of an intuitive programming system for non-experts.

This thesis presents a novel concept for an intuitive, fast multi-robot programming system for pick-and-place applications. It is based on the kinesthetic robot programming approach in the form of playback programming. The goal is to enable domain experts without textual programming knowledge to program robots.

The proposed approach is based on four core aspects: displaying, editing, controlling and synchronizing. Under the aspect of displaying, a context-free grammar for the kinesthetically demonstrated robot programs is developed as a Backus-Naur form (BNF). The elements of this BNF are then translated into a scalable, layered graphical representation along a timeline. For the editing aspect, a concept for the graphical editing of the kinesthetically demonstrated robot programs along the timelines is presented. Under the aspect controlling, concepts for sensor-based loops and branches in kinesthetically demonstrated robot programs are introduced. In addition, a concept for loop-increments is defined, which enables the programming of stacking- and palletizing tasks. For the aspect synchronizing a concept for the temporal synchronization of multiple robots with the help of synchronization points and synchronization intervals is developed. This concept is extended to a synchronization between humans and robots. All concepts of the four aspects are integrated into a prototype of the programming system.

The programming system is evaluated in a study with 42 participants in terms of intuitive usability, consisting of effectiveness, mental efficiency and satisfaction. The results of the evaluation show a programming system that is intuitive to use.