Die aktuelle Entwicklung hin zur Vollautomation hat sich in den letzten Jahren erheblich beschleunigt. Zum Erreichen dieses Ziels ist es notwendig Roboter universell und flexibel einsetzten zu können. Noch sind jedoch nicht alle Probleme besser von Roboter als von Menschen lösbar. Insbesondere die sensorischen Fähigkeiten des Roboters und die Entscheidungsfindung in unsicheren oder unbekannten Situationen sind den Fähigkeiten des Menschen noch unterlegen. Für maximale Effizienz ist es daher notwendig, dass Menschen und Roboter immer enger zusammenarbeiten, um die Vorteile beider Methoden zu vereinen. Das spiegelt sich auch in der zunehmenden Entwicklung kollaborativen Robotern (Cobots) wider. Diese sind in der Lage in Echtzeit auf ihre Umgebung zu reagieren und so - ohne die Notwendigkeit eines Sicherheitskäfigs - eine direkte Zusammenarbeit mit Menschen zu ermöglichen.
Die Adaption von Robotern in der Industrie nimmt von Jahr zu Jahr zu. Die International Federation of Robotics meldet für 2018 einen Investitionsrekord von 16,5 Milliarden US Dollar in industrielle Robotik und erwartet bis 2022 ein durchschnittliches Wachstum von 12 Prozent pro Jahr\footnote{\url{https://ifr.org/ifr-press-releases/news/robot-investment-reaches-record-16.5-billion-usd}}. Noch sind jedoch nicht alle Probleme besser von Robotern als von Menschen lösbar. Insbesondere die sensorischen Fähigkeiten des Roboters und die Entscheidungsfindung in unsicheren oder unbekannten Situationen sind den Fähigkeiten des Menschen noch unterlegen. Eine aktive Zusammenarbeit von Mensch und Roboter verspricht daher eine höhere Effizienz. Das spiegelt sich auch in der zunehmenden Entwicklung von kollaborativen Robotern (Cobots) wider. Diese sind in der Regel kleiner, schwächer und günstiger als herkömmliche industrielle Roboter und sind in der Lage in Echtzeit auf ihre Umgebung zu reagieren und so - ohne die Notwendigkeit eines Sicherheitskäfigs - eine direkte Zusammenarbeit mit Menschen zu ermöglichen\cite{fitzek_li_speidel_strufe_simsek_reisslein}.
Gerade in flexiblen Umgebungen ist es nicht praktikabel alle Bewegungen und Handlungen für alle Eventualitäten vorzudefinieren. Stattdessen soll ein Roboter in der Lage sein selbstständig sein Verhalten und seine Bewegungen anzupassen. Um trotzdem eine gewisse Kontrolle beim Menschen zu belassen, können dem Roboter Einschränkungen (Constraints) auferlegt werden. Dies ist ebenfalls notwendig, um zu gewährleisten, dass Sicherheitsanforderungen eingehalten werden.
Gerade in flexiblen Umgebungen ist es nicht praktikabel alle Bewegungen und Handlungen für alle Eventualitäten vorzudefinieren. Stattdessen soll ein Roboter in der Lage sein, selbstständig sein Verhalten und seine Bewegungen anzupassen. Um Sicherheitsanforderungen umzusetzen und die erwartete Ausführung von Aufgaben zu gewährleisten, können dem Roboter Einschränkungen (Constraints) auferlegt werden. Dadurch bleibt situationsabhängige, lokale Planung Aufgabe des Planungsalgorithmus des Roboters. Die Menge an gültigen Lösungen wird durch die Constraints jedoch soweit eingeschränkt, dass der Roboter ein erwartungsgemäßes Verhalten zeigt.
\paragraph{}Das Ziel dieser Arbeit besteht darin mögliche Arten von anwendbaren Constraints für Arbeitsbereiche, Bewegungen und Handlungen zu identifizieren, analysieren und
nachfolgend taxonomisch zu erfassen. Einschränkungen dieser Arten sind dabei von Zeit, Arbeitskontext
...
...
@@ -11,10 +11,10 @@ Neben einer konzeptionellen Analyse der verschiedenen Einschränkungen erfolgt e
ein Gefäß mit einer Flüssigkeit aus einem anderen Gefäß zu befüllen. Diese Aktion wird
durch einen Menschen explizit eingeleitet. Der zweite Roboter nimmt das befüllte Gefäß entgegen
und stellt es schließlich dem menschlichen Nutzer bereit. Dies geschieht wiederum automatisch.
Beide Aktionen erfordern die Einschränkung der Neigung des Endeffektors, sowie des Arbeitsbereiches
Beide Aktionen erfordern unter anderem die Einschränkung der Neigung des Endeffektors, sowie des Arbeitsbereiches
und der Geschwindigkeit. Die technische Basis für die Implementierung wird
hierbei durch das Robot Operation System (ROS) \footnote{https://www.ros.org} in Zusammenwirkung mit dem Planungs-
Anhand des Anwendungsfalls wird die Anwendbarkeit der zuvor untersuchten Einschränkungen untersucht, wobei die in der Fallstudie identifizierten Einschränkungen in die erstellte
Taxonomie eingeordnet werden. Um die Vollständigkeit der Taxonomie bezüglich kollaborativer Robotik-Anwendungen zu untersuchen, werden zudem mögliche Erweiterungen der Fallstudie konzipiert und daraus resultierende weitere benötigte Einschränkungen ebenfalls eingeordnet.
@@ -10,7 +10,7 @@ Diese Arbeit bezieht sich in erster Linie auf industrielle Roboter oder auch ind
\section{Cobots}
Roboter sind dem Menschen in vielen Bereichen deutlich überlegen. Sie sind durchgängig einsetzbar und arbeiten weitaus genauer. Die Überwachung und Entscheidungsfindung obliegt jedoch weiterhin dem Menschen. Gerade in Bereichen, die ein hohes Maß an individualisierten Arbeitsschritten enthalten, ist heute noch nicht praktikabel menschliche Arbeiter vollständig zu ersetzen. Um trotzdem auch die Vorteile des Einsatzes von Robotern auszunutzen, ist es wichtig eine Umgebung zu schaffen, in der Roboter und Menschen sich einen gemeinsamen Arbeitsbereich teilen \cite{siciliano_springer_2008}.
In solchen kollaborativen Zellen ist es notwendig, dass der Roboter eine Reihe von Sicherheitsbestimmungen gerecht wird [\_\_\_ISO 15066] und in der Lage ist auf unerwartetes Verhalten des Menschen zu reagieren und sein eigenes Verhalten automatisch anzupassen [\_\_\_Ceti book], um Verletzungen zu verhindern und stets eine sichere Arbeitsumgebung zu gewährleisten. Erfüllt ein Roboter diese Vorgaben und kann für kollaborative Arbeiten mit Menschen eingesetzt werden, spricht man von einem Cobot.
In solchen kollaborativen Zellen ist es notwendig, dass der Roboter eine Reihe von Sicherheitsbestimmungen gerecht wird [\_\_\_ISO 15066] und in der Lage ist auf unerwartetes Verhalten des Menschen zu reagieren und sein eigenes Verhalten automatisch anzupassen~\cite{fitzek_li_speidel_strufe_simsek_reisslein}, um Verletzungen zu verhindern und stets eine sichere Arbeitsumgebung zu gewährleisten. Erfüllt ein Roboter diese Vorgaben und kann für kollaborative Arbeiten mit Menschen eingesetzt werden, spricht man von einem Cobot.
\section{Pose}
Die Pose eines Roboters beschreibt seine Position und Orientierung im Raum \cite{siciliano_springer_2008}. Die Pose eines Manipulators kann durch die Rotation der einzelnen Gelenke eindeutig definiert werden.
