Lernende Roboterschleiftechnik für das Handwerk (LEROSH)

Problemstellung
Viele Gewerke des Handwerks stehen zunehmend in Konkurrenz zu Großbetrieben, die mit Hilfe der Automatisierung immer mehr individualisierte Produkte wirtschaftlich fertigen können. Gleichzeitig gibt es aufgrund des demographischen Wandels und unattraktiver Berufsbilder im Handwerk immer häufiger Nachwuchsprobleme. Durch den Einsatz von Leichtbaurobotern, die in der Industrie bereits hocheffektiv eingesetzt werden, könnte die Wettbewerbsfähigkeit des Handwerks um Kunden und Mitarbeiter deutlich gesteigert werden. Allerdings wird das Potenzial dieser Technologie in den vorwiegend kleinbetrieblich organisierten Unternehmen bisher wenig ausgeschöpft. Es fehlen auf die Bedürfnisse des Handwerks zugeschnittene Robotik-Systeme, die bei überschaubaren Investitionskosten breit einsetzbar sind und eine einfache und sichere Bedienbarkeit gewährleisten.

Ziel
Im Forschungsprojekt LEROSH wird eine KI-gestützte Leichtbauroboter-Systemlösung für den branchenübergreifenden Einsatz im Handwerk entwickelt. Handwerker erhalten ein niederschwelliges und intuitiv bedienbares System, mit dem sie die Kontrolle über digitale Werkzeuge übernehmen und ihren Roboter, ähnlich einem Meisterschüler, in handwerklichen Tätigkeiten ausbilden können. Dabei konzentrieren sich die Forschungsarbeiten beispielhaft auf das roboterunterstützte Schleifen und Polieren von Bauteilen.

Vorgehensweise
Zur Entwicklung einer automatisierten Schleiftechnik wird zunächst das Schleifen von Hand oder mit Handmaschinen in den verschiedenen Gewerken analysiert. Darauf aufbauend ist ein Endeffektor für das Schleifen zu erarbeiten, der verstärkte Sensorik und intelligente Aktorik vereint. Zum einen werden hierfür 3D-Scandaten und Druckkräfte ermittelt, zum anderen wird mittels Maschinellem Lernen der Schleifprozess optimiert und die Robotersteuerung teilautomatisiert. Die gefundenen Lösungen werden prototypisch bei den beteiligten Handwerksunternehmen umgesetzt und validiert. Eine breite Anwendbarkeit des Systems auf Schleifaufgaben bei verschiedenen Gewerken und Betriebsgrößen wird durch den modularen Aufbau der Soft- und Hardware sowie ein Sharing-Modell für das Schleifen mit Robotern erreicht.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Schleifen ist in verschiedenen Gewerken des Handwerks ein sehr weit verbreiteter, alltäglicher Prozess. Bundesweit können beispielsweise ca. 40.000 Tischlereien, ca. 3.000 Orthesenbauer und ca. 1.200 Betriebe aus dem Musikinstrumentenbau von den Lösungen profitieren. Die Automatisierung ermöglicht nicht nur Effizienzgewinne sondern auch eine Entlastung der Mitarbeiter von monotonen, körperlich anstrengenden Arbeiten. Zudem sorgt sie für einen Innovationssprung bei der Digitalisierung des Handwerks und bietet eine berufliche Zukunftsperspektive für die Aus- und Weiterbildung junger Menschen. Sie trägt so zum Erhalt und zur Weiterentwicklung einer modernen Handwerkstradition bei.

• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• interactive scape GmbH
• Kreul & Stoll GbR
• Schröter Modell-und Formenbau GmbH
• Strehl GmbH & Co. KG
• Tischlerei Eigenstetter GmbH
• Werk5 GmbH