Der Demonstrator SmartCobot – Cobot-gestützte Produktionszelle mit KI-basierter Objekterkennung und -handhabung zeigt eine vollautomatisierte, adaptive Prozesskette, in der ein kollaborativer Roboter (Cobot) gemeinsam mit zwei modernen Bildverarbeitungssystemen eine Vielzahl industrieller Aufgaben abbildet. Der Ablauf beginnt mit dem Greifen eines sogenannten Shadowboards durch den Cobot, welches in eine Vorrichtung eingelegt wird. In einem nächsten Schritt erkennt ein KI-gestütztes 3D-Kamerasystem die Lage und Eigenschaften von Bauteilen, die ungeordnet in einer Kiste vorliegen. Die integrierten Algorithmen analysieren verschiedene Parameter wie Bauteilbreite, Reibungskoeffizienten und die Geometrie der Greifbacken, um optimale Greifpunkte zu bestimmen. Das Bauteil wird anschließend durch den Roboter aufgenommen und gezielt in eine definierte Position abgelegt.
Ein zweites, auf 2D-Bildverarbeitung basierendes Kamerasystem mit trainierter Kantenerkennung übernimmt nun die exakte Positionsbestimmung des abgelegten Objekts. Auf Basis dieser Informationen kann der Roboter das Bauteil präzise aufnehmen und korrekt in das Shadowboard einlegen, das hier als Kommissionierhilfe fungiert. Nachdem alle erforderlichen Bauteile gepickt und positioniert wurden, erfolgt durch den Roboter die Montage einer kompletten Baugruppe. Die abschließende Qualitätskontrolle wird durch einen auf dem YOLO-Algorithmus (You Only Look Once) basierenden KI-Ansatz durchgeführt, der in Echtzeit prüft, ob die Montage korrekt und vollständig erfolgt ist. Im letzten Schritt wird die Baugruppe demontiert, wodurch ein geschlossener Prozesskreislauf entsteht, der sich in vielen industriellen Szenarien wiederholen lässt. So können im Rahmen des Demonstrators verschiedene Teilprozesse aus den Bereichen Kommissionierung, Robotik, Bildverarbeitung, Montage, Demontage und Qualitätssicherung nahtlos demonstriert und evaluiert werden.
Vorteil der Lösung
Die Vorteile dieser Lösung liegen insbesondere in der hohen Flexibilität und Adaptionsfähigkeit des Systems. Durch den Einsatz von KI und Bildverarbeitung können unterschiedlichste Bauteile gehandhabt werden, ohne dass mechanische Anpassungen notwendig sind. Die Fehleranfälligkeit durch Lage- oder Toleranzabweichungen wird durch intelligente Algorithmen deutlich reduziert. Gleichzeitig ermöglicht der durchgängige Automatisierungsansatz eine Steigerung der Prozesssicherheit und Effizienz – insbesondere bei repetitiven Aufgaben. Die Integration mehrerer Prozessschritte wie Greifen, Positionieren, Montieren und Prüfen in einem einzigen System spart Platz, reduziert Schnittstellen und senkt langfristig die Betriebskosten. Besonders hervorzuheben ist die vollständige Qualitätskontrolle am Ende des Prozesses, die eine 100%-Prüfung ohne manuellen Eingriff ermöglicht und so den Anforderungen moderner Produktionsumgebungen gerecht wird.
Genutzte Technologien/Demonstrationsszenarium
Technologisch basiert der SmartCobot auf einem kollaborativen Roboterarm, der für den sicheren Einsatz im Umfeld mit Menschen ausgelegt ist. Die Objekterkennung und -handhabung erfolgen über zwei separate Kamerasysteme. Das 3D-Kamerasystem mit KI-unterstützter Greifpunktplanung erlaubt das sogenannte „Bin Picking“ auch bei komplexen Szenarien mit chaotisch liegenden Objekten. Das 2D-Kamerasystem übernimmt die Feinlokalisierung durch Kantenerkennung. Die nachgelagerte Montage wird von klassischen Pick-and-Place-Prozessen ergänzt, wobei ein neuronales Netz (YOLO) die abschließende visuelle Qualitätsprüfung übernimmt. Dieses Zusammenspiel aus maschinellem Sehen, maschinellem Lernen und Robotik ermöglicht ein realitätsnahes Demonstrationsszenario, das vollständig automatisiert und variabel durchspielbar ist.
Einsatzgebiete/ Branchen
Der Demonstrator eignet sich für eine Vielzahl von Einsatzgebieten und Branchen. In der Automobilindustrie kann er beispielsweise für die Vormontage von Komponenten oder die automatische Bestückung von Fertigungslinien eingesetzt werden. In der Elektronikfertigung bietet er Vorteile bei der präzisen Handhabung empfindlicher Bauteile. Der Maschinenbau profitiert von der Möglichkeit, sowohl Montage- als auch Prüfprozesse in einem System zu vereinen. Auch in der Medizintechnik, wo höchste Präzision und lückenlose Dokumentation gefordert sind, stellt die Lösung einen wertvollen Baustein dar. Nicht zuletzt ist der Demonstrator aufgrund seiner hohen Flexibilität und Modularität besonders interessant für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), die zunehmend vor der Herausforderung stehen, individualisierte Produkte in kleinen Losgrößen wirtschaftlich zu fertigen. SmartCobot bietet hierfür eine praxisnahe, zukunftssichere Antwort.