Intuitive robot programming for novice and expert user

• Intuitive Programmierung von Robotern für unerfahrene und fachkundige Nutzende

Steinmetz, Franz Josef; Nitsch, Verena (Thesis advisor); Henrich, Dominik (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Roboter haben die industrielle Automatisierung revolutioniert. Dabei hat die Automatisierung viele Vorteile -- für Mitarbeiter wie Unternehmen -- und wirkt gleichzeitig dem Fachkräftemangel entgegen. Daher erstreben viele Unternehmen, den Automatisierungsgrad weiter zu steigern. Dem steht aktuell jedoch unter anderem der Aufwand der Programmierung im Weg, der nötig ist, um ein robotisches System an neue oder geänderte Aufgaben anzupassen. Der Grund dafür ist, dass viele Roboter noch klassisch textuell programmiert werden, für das es Experten und Zeit benötigt. Um die Automatisierung voranzutreiben, muss daher die Programmierung von Robotern einfacher werden. In dieser Arbeit werden daher Konzepte entwickelt und evaluiert, die die Gebrauchstauglichkeit der Roboterprogrammierung erhöhen. Diese Konzepte fußen auf der aufgabenorientierten Programmierung (Task-Level Programming, TLP), bei der Experten generische Roboterfähigkeiten (Skills) entwickeln, die Laien instanzieren und parametrisieren können. Die entwickelten Konzepte erleichtern TLP für beide Seiten. An Experten richtet sich ein auf hierarchischen Zustandsmaschinen basierendes Programmierkonzept mit grafischer Programmierumgebung, für die Entwicklung von Skills. Mehrere Anwendungsbeispiele zeigen, wie so auch mit komplexen Systeme autonomes Verhalten erzielt werden kann. Für Laien wird eine grafische Oberfläche präsentiert, mit der sich Skills intuitiv sequenzieren und parametrisieren lassen. Mittels geometrischer Primitive lassen sich wiederkehrende Aufgaben zeiteffizient programmieren. In zwei Benutzerstudien wird die Gebrauchstauglichkeit der Software gezeigt. Ein weiteres Konzept erlaubt die Bedienung der Oberfläche über beliebige Eingabegeräte. Um die Seiten der Experten und Laien zusammenzubringen, wird eine Schnittstellenkomponente entwickelt. Die Komponente dient als Bindeglied, um Skills für Laien zur Verfügung zu stellen und diese ausführen und überwachen zu lassen. Ein wesentlicher Vorzug dieser Komponente sind dabei die Möglichkeiten zur Definition von Parametrierprozessen, womit die Parametrierung von Skills vereinfacht werden kann. Schließlich wird basierend auf den genannten Konzepten ein neues Programmierverfahren entwickelt, das die Vorteile von Programmieren durch Vormachen und TLP vereint. In einer Benutzerstudie wird gezeigt, wie dieses Verfahren im Vergleich zu reinem TLP um ein vielfaches schneller ist und eine höhere Gebrauchstauglichkeit aufweist.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft [417110]