Augmented Reality (AR) beschreibt eine neue Form der Mensch-Maschine-Interaktion, bei der die menschliche Wahrnehmung durch computergenerierte Information angereichert wird. Der Einsatz von Augmented Reality zur interaktiven Generierung und Visualisierung von Roboterbahnkurven in 3D bietet dem Programmierer eine neue, intuitive Benutzerschnittstelle zur Interaktion mit der Maschine.

 

Augmented-Reality-Umgebung

Am iwb wird derzeit eine Augmented-Reality-Umgebung entwickelt, die Methoden der Offline-Programmierung mit denen der Online-Programmierung verbindet. Dem Benutzer wird die Bahnkurve des Roboters dabei über eine Datenbrille direkt in die reale Umgebung eingeblendet. Mit Hilfe eines Zeigers, dessen Position von Infrarotkameras erfasst wird, können Bahnkurven des Roboters eingegeben, räumlich in der realen Roboterumgebung betrachtet und interaktiv manipuliert werden (siehe Abb. 1). Es ist dem Programmierer also möglich, die Bahnkurve des Tool Center Point (TCP) direkt am realen Werkstück in 3D einzuzeichnen.

 

 
Abbildung 1:Durch ein halbdurchlässiges Display werden dem Programmierer die Bahnpunkte direkt im Arbeitsraum des Roboters eingeblendet.

 

Abbildung 2: Mit Hilfe eines Zeigers kann die Bahnkurve interaktiv vorgegeben und manipuliert werden.

Programmiervorgang

Bei dem entwickelten System ist die Eingabe von Liniensegmenten, Kreisbögen und abzufahrenden Punkten möglich. Neben der Position des Zeigers wird auch seine räumliche Ausrichtung erfasst. Somit kann an den definierten Punkten auch die Orientierung des Werkzeugkoordinatensystems vorgegeben werden. Aus den ermittelten Bahnpunkten kann dann direkt ein ausführbares Roboterprogramm abgeleitet werden. Die Punkte können auch zur weiteren Bearbeitung an die Offline-Simulationsumgebung RobCAD übergeben werden.

 

Kollisionsanalysen

Der Roboter kann außerdem auch virtuell in der Zelle eingeblendet werden und seine Bewegungen beim Ausführen des Programms können betrachtet werden. Dazu wird entweder der abgeleitete Programmcode von einer Originalsteuerung abgearbeitet oder die Bewegungen werden in der Offline-Umgebung simuliert. Mit den generierten Achswinkeländerungen wird der virtuelle Roboter animiert und seine Bewegungsabläufe werden in der realen Umgebung visualisiert. So können die Bewegungsabläufe des Roboters gefahrlos in der Roboterzelle betrachtet und Kollisionen frühzeitig erkannt und vermieden werden.

 

Erfahrungen und Ausblick

Die Benutzung  des Systems erweist sich als sehr intuitiv und schnell erlernbar, darüber hinaus entfällt ein großer Teil des für die Offline-Programmierung notwendigen Modellierungsaufwandes. Die Genauigkeit der aufgezeichneten Punkte liegt derzeit im Bereich weniger Millimeter und ist zur ersten Programmerstellung durchaus ausreichend. Hinsichtlich der Präzision der Visualisierung werden am iwb geeignete Maßnahmen und Hilfsmittel untersucht, um eine breite Anwendbarkeit zu gewährleisten. Integriert mit geeigneter Offline-Simulationssoftware und der originalen Robotersteuerung verspricht dieses Verfahren sowohl eine deutliche Reduzierung des Zeitaufwandes für die Programmierung, als auch zusätzliche Sicherheit durch Kollisionsbetrachtungen direkt in der Arbeitszelle.

 

 

Veröffentlichungen, etc.

• Zäh, M.; Vogl, W.; Munzert, U.; Spitzweg, M.: Augmented Reality - Benutzerschnittstelle für Industrieroboter, atp - Automatisierungstechnische Praxis, Vol. 47 (2005) 11.
• Zäh, M. F.; Munzert, U.; Vogl W.: Intuitive Roboterprogrammierung durch Augmented Reality Einsatz, 3.Paderborner Workshop Augmented Reality und Virtual Reality in der Produktentstehung 2004. Paderborn 2004. Best Paper Award
• Zäh, M. F.; Vogl W.; Munzert, U.: Beschleunigte Programmierung von Industrierobotern - Augmented Reality Einsatz zur intuitiven Mensch-Maschine Interaktion. wt online (2004).
• Automatica 2004, Live Demonstration am iwb - Stand, Podiumsvortrag

Download

• Videoclip1: Führen des virtuellen Roboters mittels Zeiger [AVI 2,9 MB]
• Videoclip2: Bahnpunkteerstellung in der Augmented Reality Umgebung [MPEG 3,0 MB]