Dzięki sztucznej inteligencji roboty uczą się montażu

Projekt badawczy „Rob-aKademI“ ma na celu znaczne uproszczenie programowania robotów do zadań montażowych. (Źródło: Fraunhofer IPA/zdjęcie: Rainer Bez)

Do zadań montażowych programowanie elastycznego robota jest jak dotąd jeszcze pracochłonne. Celem poprawy tego jest projekt badawczy rozpoczęty 1 lipca 2020 roku pod nazwą »Rob-aKademI«. Technologie wykorzystywane w ramach tego projektu, zwłaszcza uczenie maszynowe, mają ułatwić programowanie i uczynić je bardziej autonomicznym.

Partnerzy w projekcie badawczym »Rob-aKademI«, w tym Fraunhofer IPA oraz Instytut Produkcji Przemysłowej i Zarządzania Fabryką IFF Uniwersytetu w Stuttgarcie, opracowują technologie, które mają upraszczać programowanie robotów do zadań montażowych i zwiększać automatyzację. Podstawą tego jest cyfrowy obraz, czyli cyfrowy bliźniak, środowiska produkcyjnego. Ten obraz połączony z specjalnym oprogramowaniem do programowania jest wykorzystywany w fizycznym środowisku symulacyjnym, aby roboty mogły uczyć się umiejętności elastycznego montażu. Samodzielnie eksplorują swoje otoczenie w środowisku symulacyjnym, planują swoje zachowanie na jego podstawie i optymalizują je lub uczą się na bieżąco.

Trzy moduły uczenia się dla praktyki

W tym celu wykorzystywana jest sztuczna inteligencja (SI), a dokładniej uczenie maszynowe i jego poddziedzina zwana »Reinforcement Learning« (RL). Oznacza to, że algorytm uczy się podobnie jak człowiek, na zasadzie prób i błędów. Otrzymuje sygnał nagrody za udaną akcję, aby stopniowo stawać się lepszym.

W ramach projektu powstają trzy moduły uczenia się związane z zastosowaniami, które kapsułkują wiedzę ekspertów na temat programowania robotów i wykonywanych operacji montażowych: »Moduł percepcji« do rozpoznawania obiektów, »Moduł uczenia się »Kraftgeregeltes Fügen«« do niezawodnych strategii łączenia oraz »Moduł uczenia się »Schnappverbindungen«« z szczegółowym modelem fizycznym łączenia. Dzięki tym technologiom tworzone są niezawodne programy robotów do przenoszenia wyników symulacji do rzeczywistości. Przy pomocy trzech praktycznych przypadków zastosowania, montażu szaf sterowniczych, przełączników i płytek drukowanych, partnerzy projektu weryfikują swoje wyniki. Moduły do kraftgeregeltes Fügen i Schnappverbindungen opierają się na już dostępnym oprogramowaniu IPA »pitasc« do zadań montażowych z regulacją siły i będą rozszerzać ich możliwości.

Korzyści z automatyzacji

„Rob-aKademI“ adresuje swoje cele projektowe szczególnie do potrzeb coraz bardziej spersonalizowanej produkcji. Zastosowania montażowe obecnie stawiają wysokie wymagania wobec programowania robotów. Należą do nich różnorodne i jednocześnie wymagające procesy, często z regulacją siły, duża liczba wariantów i krótkie cykle. Dla wielu firm, a zwłaszcza sektora MŚP z produktami na zamówienie, korzystanie z robotów do montażu często jeszcze się nie opłaca, zwłaszcza że programowanie może wykonać tylko ekspert.

Roboty oferują jednak korzyści, takie jak przejęcie nieergonomicznych, niebezpiecznych lub monotonnych zadań oraz zapewnienie stałej jakości wykonywanych operacji. Mogą one także stanowić kluczowy czynnik konkurencyjności, zwłaszcza w krajach o wysokich kosztach pracy, takich jak Niemcy. Dzięki licznym analizom potencjału automatyzacji, które Fraunhofer IPA przeprowadził na całym świecie, badacze dokładnie znają potrzeby przedsiębiorstw i wnoszą tę wiedzę do projektu.

SI napędza rozwój robotyki

Projekt »Rob-aKademI« jest częścią dużego programu finansowania »KI01 KI w praktyce« Ministerstwa Edukacji i Badań Naukowych. W ramach tego samego programu badawczego realizowany jest inny projekt Fraunhofer IPA: »Deep Picking«, wykorzystujący SI do optymalizacji chwytu robota w skrzyni. Z kolei z instytutu IFF bierze udział projekt »SI-optymalizacja kalibracji robotów« (KIRK).

STRESZCZENIE

Pełny tytuł projektu:

Projekt partnerski Rob-aKademI – Generacja niezawodnych algorytmów sterowania robotami z symulacji fizycznej za pomocą metod sztucznej inteligencji do elastycznego, różnorodnego montażu w »Losowej wielkości 1«

Okres realizacji:

01.07.2020 do 30.06.2022

Finansowanie:

Projekt jest częścią programu »KI01 KI w praktyce« finansowanego przez Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych (BMBF). Numer identyfikacyjny finansowania to 01IS20009.

Organizator projektu:

Niemieckie Centrum Lotnictwa i Przestrzeni Kosmicznej (DLR)

Partnerzy projektu i ich wkład:

– Kierownictwo projektu i partnerzy rozwojowi: micropsi industries GmbH
– Partnerzy rozwojowi: TruPhysics GmbH, elprotek GmbH
– Partnerzy badawczy: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Uniwersytet w Stuttgarcie
– Końcowi użytkownicy: dresden elektronik ingenieurtechnik GmbH, Käpple Qualitätsdienstleister e.K., Walter Meile GmbH