Adaptive Mensch-Roboter-Kollaboration für die ergonomische Gestaltung von Montagearbeit

• Adaptive human-robot collaboration for the ergonomic design of assembly work

Petruck, Henning; Nitsch, Verena (Thesis advisor); Meisen, Tobias (Thesis advisor)

Düren : Shaker Verlag (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Industrial engineering and ergonomics 41
Seite(n)/Artikel-Nr.: xiv, 199 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

In der Produktion werden anstatt von Vollautomatisierung verstärkt flexible Produktionssystem und damit auch kollaborative Roboter eingesetzt, um angesichts zunehmender Individualisierung und kürzerer Produktlebenszyklen wettbewerbsfähig zu bleiben. In dieser Dissertation wurde der Anwendungsfall von Mensch-Roboter-Kollaboration in der Montage untersucht, bei dem der Roboter durch das Anreichen von Bauteilen assistiert. Für diesen Anwendungsfall wurde ein Konzept für die ergonomische Gestaltung durch Adaption der Übergabezeitpunkte an die Arbeitsgeschwindigkeit des Menschen entwickelt. Mit der Annahme, dass einerseits ein zu frühes Übereichen des Bauteils das Vertrauen in den Roboter negativ beeinflusst und zu einer erhöhten mentalen Beanspruchung beim Ausführenden führt, andererseits ein zu spätes Anreichen zu einer unerwünschten Verzögerung führen kann, wurde das adaptive Konzept so entwickelt, dass der Roboter das Bauteil möglichst genau zu dem Zeitpunkt anreicht, zu dem es benötigt wird. Zu diesem Zweck bedarf es einer Methode zur Prädiktion der Ausführungszeiten manueller Montageschritte. In dieser Arbeit wurde die Entwicklung verschiedener Prädiktionsalgorithmen beschrieben und deren Eignung für den Anwendungsfall in einer Simulationsstudie evaluiert. Neben dem Einsatz unterschiedlicher Prädiktionsalgorithmen wurde außerdem diskutiert, unter welchen Rahmenbedingungen Daten aus einem Produktionsnetzwerk für die Prädiktion mittels statistischer Verfahren verwendet werden können. Abschließend wurde das konzipierte Adaptionskonzept im Rahmen einer Probandenstudie umgesetzt und evaluiert. In der Probandenstudie bekamen die Probanden Schrauben angereicht, die anschließend in ein Werkstück zu schrauben waren. Die Studie zielte darauf ab, die Effekte der Adaption auf subjektives Empfinden der Probanden und auf objektive Maße der Teamperformance des Mensch-Roboter-Teams zu untersuchen. Weder für das subjektive Empfinden der Probanden konnten Effekte durch Adaption festgestellt werden, noch bezüglich der Gesamtausführungszeit und der im Ausführungsprozess vorkommenden Fehleranzahl. Allerdings gibt es für die Wartezeiten signifikante Effekte, denn insbesondere die Wartezeit des Roboters kann bei langsam arbeitenden Menschen deutlich reduziert werden.

Einrichtungen

• Internet of Production [080067]
• Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft [417110]