FourByThree

Hochgradig anpassbare robotische Lösungen für eine effektive und sichere Mensch-Roboter-Kooperation in Produktionsabläufen

DFKI Roboter COMPI für die Mensch-Roboter Kooperation (Photo: Annemarie Hirth, DFKI GmbH)
DFKI Roboter COMPI für die Mensch-Roboter Kooperation (Photo: Annemarie Hirth, DFKI GmbH)
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Industrieroboter haben bereits ihre Fähigkeit unter Beweis gestellt, dass sie den Anforderungen vieler industrieller Anwendungen entsprechen, wobei sie ein hohes Maß an Geschicklichkeit, Genauigkeit und Effizienz bieten. Der Einsatz von Standard-Industrierobotern ist jedoch aufgrund der Gefährdung der Betriebssicherheit nicht realisierbar, wenn es um eine Kooperation zwischen Roboter und Arbeiter geht, insbesondere im gemeinsamen Arbeitsraum. In letzter Zeit sind neue Roboter auf den Markt gekommen, die den Anspruch erheben im Nahbereich des Menschen sicher zu sein, indem sie die Möglichkeit bieten, die bei einer Kollision wirkenden Kräfte zu kontrollieren. Es fehlt ihnen jedoch an Flexibilität (was die möglichen physikalischen Konfigurationen sowie ihre einfache Programmierung angeht). FourbyThree schlägt die Entwicklung einer neuen Generation von modularen Industrierobotern vor, die geeignet sind, Aufgaben in Zusammenarbeit mit Menschen effizient und sicher auszuführen und die von den Fabrikarbeitern leicht bedient und programmiert werden können. Das Akronym des Projekts bezieht sich auf die zwei Hauptschwerpunkte des Projektes: die vier (FOUR) Hauptmerkmale von FourByThree (Modularität, Sicherheit, Anwendbarkeit, Effizienz) und die drei (THREE) Hauptakteure (Menschen, Roboter, Umgebung) im Fertigungsszenario.

Laufzeit: 01.12.2014 bis 30.11.2017
Zuwendungsempfänger: DFKI GmbH
Fördergeber: Europäische Union
Förderkennzeichen: Europäischen Kommission H2020-FoF-06-2014 Fördernummer 637095
Webseite: http://fourbythree.eu/
Partner: Fundacion TEKNIKER (Spanien), DFKI RIC (Deutschland), Fraunhofer IFF (Deutschland), CNR-ITIA // CNR-ISTC (Italien), King’s College London (Vereinigtes Königreich) ZEMA gGmbH (Deutschland), Deltatron Oy Ltd (Finnland), Pilz S.L. (Spanien), Antproject Tvip SL (Spanien), KOMAT S.L. (Spanien), EFS Gesellschaft für Hebe- und Handhabungstechnik (Deutschland), ALFA PRECISION CASTING, S. A. (Spanien), Premium AEROTEC GmbH (Deutschland), WOLL MASCHINENBAU GmbH (Deutschland), Stodt Toekomsttechniek (Niederlande), Ground Truth Robotics GmbH (Deutschland)
Team: Team IV - Roboterregelung
Anwendungsfelder: Logistik, Produktion und Consumer
Verwandte Projekte: Capio
Dual-Arm-Exoskelett (01.2011- 12.2013)
BesMan
Behaviors for Mobile Manipulation (05.2012- 07.2016)
COROMA
Kognitiv verbesserter Roboter für flexible Herstellung von Metall- und Verbundteilen (10.2016- 09.2019)
Verwandte Robotersysteme: AILA
Mobile Dual-Arm-Manipulation
COMPI
Roboterarm mit nachgiebiger Regelung

Projektdetails

Im Projekt FourbyThree werden bahnbrechende Roboterlösungen entworfen, gebaut und getestet, die in der Lage sind, sicher und effizient mit den Bedienern in der industriellen Fertigung zusammenzuarbeiten.

Das Projekt wird den Anforderungen an Industrierobotern gerecht, nicht nur genau und effizient zu arbeiten, sondern auch eine sichere Zusammenarbeit von Bediener und Roboter zu gewährleisten, selbst wenn der Arbeitsraum geteilt wird. Dank der Entwicklung von innovativer Hardware und Software werden die in FourByThree modular erarbeiteten Roboterlösungen sicher, nutzbar und effizient sein.

Eines der Ziele der europäischen Ausschreibung ist die Entwicklung von eigensicherer Roboterhardware im industriellen Maßstab, um Roboter hervorzubringen, die sowohl sicher als auch präzise sind. In diesem Zusammenhang sollen im Projekt FourByThree modulare Industrieroboter gebaut werden, die eine sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter gewährleisten.

In diesem Projekt wird das DFKI die modularen Aktuatoren und ihre Low-Level Steuerung liefern, die als Basis für den Bau von Roboterarmen dienen. Diese Aktuatoren basieren auf einer am DFKI kürzlich entwickelten seriell-elastischen Antriebe, die ein eigensicheres Roboterverhalten ermöglichen soll.

Videos

FourByThree: Offizielle Präsentation des Projektes

Initialer Werbefilm des Projektes.

September 2016

Das Design der verschiedenen modularen Antriebe ist abgeschlossen. Entwickelt wurden vier unterschiedliche Größen von Antrieben (bzgl. des Drehmomentes): 28Nm, 50Nm, 120Nm, und 300Nm. Die Antriebe beinhalten jeweils einen bürstenlosen Motor (BLDC), Harmonic Drive Getriebe, elastisches Element, mechanische Bremse und diverse Sensorik (u.a. drei Sensoren für Absolutpositionen und Sensoren für die Phasenströme des Motors). Alle Antriebe sind mit integrierter Elektronik ausgestattet, die Leistungselektronik beinhaltet, und die Sensordatenverarbeitung, Kommunikation und FPGA-basierte Regelung übernimmt.

Die Konstruktion der 28Nm-Antriebe basiert auf den Ergebnissen des Projektes CAPIO. Der 50Nm-Antrieb hingegen wurde komplett in Projekt FourByThree entwickelt. Als elastisches Element wird hier eine Anordnung von Spiralfedern genutzt. Mehrere dieser 28Nm und 50Nm-Antriebe wurden bereits aufgebaut und in den ersten Prototyp-Armen verbaut.
Die Entwicklung der 300Nm und 120Nm Antriebe wurde kürzlich fertiggestellt und die Antriebsteile befinden sich nun in der Produktionsphase. Diese beiden Typen nutzen ein anderes Prinzip als elastisches Element: eine Stabfeder, die durch die Hohlwelle des Antriebs verläuft. Dadurch konnten  für die 120Nm und 300Nm Antriebe, die deutlich größere Motoren einsetzen und bis zu 6 mal mehr Drehmoment liefern, Abmessungen ähnlich des 50Nm-Antriebes erreicht werden, anstatt deutlich größer zu werden.

Die im Projekt entwickelten Antriebe (Foto: Holger Sprengel, DFKI GmbH)
Die im Projekt entwickelten Antriebe (Foto: Holger Sprengel, DFKI GmbH)
Zweiter Prototyp-Arm (Partner ZEMA) mit 2x 50Nm und 3x 28Nm DFKI-Antriebe (Foto: Vinzenz Bargsten, DFKI GmbH)
Zweiter Prototyp-Arm (Partner ZEMA) mit 2x 50Nm und 3x 28Nm DFKI-Antriebe (Foto: Vinzenz Bargsten, DFKI GmbH)

Prototyp-Arm

Punkt-zu-Punkt Bewegungen mit dem zweiten Prototyp-Arm


Final Review Meeting

Anwendungsstudie bei der Firma STODT (Niederlande): Einer der im Projekt FourByThree entwickelten Roboterarme unterstützt einen Arbeiter bei der Be- und Entladung einer Maschine mit Bauteilen (Copyright: FourByThree)
FourByThree-Prototyp in der Anwendungsstudie bei der Firma WOLL (Deutschland): Der Roboterarm unterstützt einen Menschen bei Schweißarbeiten durch Halten und Positionieren des Werkstücks während des Schweißprozesses (Copyright: FourByThree)

Überblick zum Abschluss des Projektes FourByThree.

In diesem Video werden die wichtigsten technologischen Ergebnisse des Projekts präsentiert.

Publikationen

2017


2016


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zuletzt geändert am 16.10.2018
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