Desktop-Roboter als Digital Twin: FHTW-Studierendenprojekt als Showcase für technologische Möglichkeiten

Zeigen, was durch den Einsatz von Augmented Reality in der Robotik möglich ist – das war das Ziel der Bachelorarbeiten von Jakob Hörbst und Tobias Glaser. Dabei entstand „Arno“ – ein kompakter Roboter im Desktopformat, der alle aktuellen Prozessdaten an eine Augmented Reality-App sendet und dort Visualisierungen, Simulationen und eine Steuerung über mobile Geräte ermöglicht. Glaser war dabei für die Programmierung der App zuständig, Hörbst für die Hardware des Roboters. Das Projekt war damit jedoch noch nicht abgeschlossen. Jakob Hörbst studiert mittlerweile im Masterstudium Mechatronik/Robotik und hat im Rahmen einer Semesterarbeit nun Arno² entwickelt – eine optimierte Version des handlichen, sechsachsigen Roboters mit überarbeiteter Mechanik, industrieller Steuerung und weiterentwickelten AR-Features. Betreut wurde die Arbeit von Horst Orsolits, Leiter des Kompetenzfelds Virtual Technologies & Sensor Systems.

Schneller, stabiler, kräftiger
Wie schon bei Version eins wurde auch der neue Roboter im 3D-Druckverfahren hergestellt und mit den passenden mechanischen und elektronischen Komponenten versehen. „Das in diesem kleinen Maßstab zu konstruieren war schon herausfordernd“, erzählt Hörbst. Für Arno² verbaute der FHTW-Student zusätzliche Getriebe mit Zahnriemen für die ersten drei Achsen, um so ein höheres Moment, eine bessere Kraftübersetzung und eine Verbesserung der Präzision zu erzielen.

Steuerung auf Industrielevel
Neben der mechanischen Überarbeitung bekam der Roboter außerdem eine höherwertige Steuerung verpasst. Während die Vorgängervariante mit einem Raspberry Pi-Computer und Arduinooch auf einem relativ einfachen Niveau konstruiert war, kam für Arno² eine leistungsfähige B&R SPS-Steuerung zum Einsatz. „Diese bietet Funktionen auf Industrielevel und verfügt über ein hochwertiges Betriebssystem, das sich auch selbst überwachen kann“, erklärt Hörbst.

Zusätzlich entwickelte er mit dem Softwaretool Vuforia Studio des Herstellers PTC eine AR-Experience für den Roboter. „Vereinfacht gesagt kann man mit Hilfe von Augmented Reality herausfinden, wie es dem Roboter geht. Das heißt, man kann über die Visualisierung aktueller Prozessdaten Abläufe und den Zustand des Roboters übersichtlich und verständlich darstellen“, erklärt Hörbst. Der „digitale Zwilling“ ermöglicht außerdem die Simulation geplanter Bewegungen und Arbeitsabläufe. Eine spezielle Industrial IOT-Schnittstelle (IIOT) sorgt dafür, dass die Prozessdaten über einen Server in der AR-App am Endgerät landen. So ist Arno² im Prinzip von überall aus über mobile Endgeräte steuerbar bzw. sein Status und aktueller Zustand abrufbar.

Next-Gen-Roboterinteraktion mit HoloLens

Mit der Semesterarbeit ist der Student einstweilen aber immer noch nicht am Ziel seiner Pläne für die Anwendung von Augmented und Mixed Reality in der Robotik: Im Rahmen seiner Masterarbeit will er die Mensch-Roboter-Interaktion „noch einmal aufs nächste Level bringen“, erklärt Hörbst. In einer weiteren Ausbaustufe sollen dann, so der Plan, über eine „HoloLens2“ – einem Mixed-Reality-Headset – ein Industrieroboter (ABB GoFa CRB15000) gesteuert werden können und so eine Bedienung im Stile des Hollywood-Films „Minority-Report“ ermöglichen.