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EF 2015

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Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2015

Robotik Innovative

Robotik Innovative Bildverarbeitung für Serviceroboter Neue Technologien zur 3D-Umgebungserfassung und Objekterkennung Dreidimensionale Objekterkennung unter partieller Verdeckung und variablen Lichtverhältnissen. (Quelle: Fraunhofer IPA) Lagerroboter sortieren chaotisch angelieferte Teile, Assistenzroboter für den Haushalt unterscheiden zwischen greifbaren Gegenständen und Wohnräumen, Reinigungsroboter erkennen und beseitigen Schmutz: Mit den am Fraunhofer IPA entwickelten Systemen für die dreidimensionale Objekterkennung und Umgebungserfassung können Roboter auch komplexe Aufgaben meistern. Auf der Automatica 2014 präsentierte das Fraunhofer IPA innovative Technologien zur Bildverarbeitung und kollisionsfreien Manipulation in dynamischen Umgebungen. Präzise, schnell, flexibel und für den Anwender einfach bedienbar: Das sind die entscheidenden Kriterien für praxistaugliche 3D-Bildverarbeitungslösungen für Robotersysteme. Das Fraunhofer IPA hat eine vielseitige und flexibel einsetzbare Softwarebibliothek zum automatischen Erkennen und Einlernen von Objekten und der dreidimensionalen Umgebungserfassung entwickelt. Texturierte und texturlose Objekte erkennen und klassifizieren Um Objekte in dynamischen Alltagsumgebungen verlässlich handhaben zu können, müssen Robotersysteme in der Lage sein, Objekte zu erkennen und zu lokalisieren. Die Bildverarbeitung sucht gezielt nach Merkmalspunkten, die zu einem Modell zusammengesetzt und gespeichert werden. Somit lassen sich Gegenstände auch bei wechselnden Lichtverhältnissen und partieller Verdeckung erkennen. Das dreidimensionale Objekterkennungssystem kann auch noch mehr: Aus der Kombination geometrischer Formen kann es auf die Klasse oder Kategorie des Objekts schließen. Der Roboter »weiß«, dass ein Tisch aus einer horizontalen Platte auf vier senkrechten Zylindern besteht, dass die Flasche ein langer Zylinder, die Milchtüte ein Hochkantquader und die Schüssel eine Halbkugel ist. „Dank der Kombination aus Objekterkennung und Klassifikation kann der Roboter selbstständig spezifische Objekte oder generelle Objektklassen‚ erlernen oder intuitiv auf sie trainiert werden“, erklärt Jan Fischer, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme. „Auch in veränderlichen Umgebungen kann er Gegenstände zuverlässig wiedererkennen – in weniger als einer Sekunde“. Umgebung erfassen Um eine 3D-Karte zu erstellen, erfasst der Roboter seine Umgebung dreidimensional mit einer Kombination aus Farb- und Tiefenkamera, die eine Punktewolke mit exakt zugeordneten Abstandswerten erzeugt. Die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Punktewolken müssen zunächst in einem gemeinsamen Koordinatensystem registriert werden. Danach erfolgt die Segmentierung der Punktdaten in geometrische Primitive wie z.B. Polygone, also Vielecke. Dadurch lassen sich die betroffenen Regionen und Objekte in Echtzeit sicher identifizieren. Möglich sind somit sowohl die kollisionsfreie Navigation und Manipulation als auch die Fernsteuerung durch einen menschlichen Bediener, der die übermittelten Daten schneller verstehen kann. „Wir haben langjährige Erfahrung in diesem Bereich und können eine vielseitige Technologie anbieten, die sich für unterschiedliche Anforderungen und Anwendungen maßschneidern lässt“, sagt Georg Arbeiter, Projektleiter in der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme. Am Beispiel eines Handhabungsszenarios zeigte das Automatica- Exponat die kollisionsfreie Manipulation in einer dynamischen Umgebung. Dabei werden Werkstücke abwechselnd von zwei Roboterarmen bewegt, wobei der jeweils andere Arm ein dynamisches Hindernis darstellt. Die vom Fraunhofer IPA entwickelten Verfahren erzeugen aus Kameradaten ein Umgebungsmodell, das als Eingabe für die Bewegungsplanung eines Roboterarms verwendet wird. Es können sowohl bewegliche Hindernisse als auch greifbare Objekte identifiziert werden. Damit ist das Verfahren für Anwendungen geeignet, in denen schnell und flexibel auf veränderte Umgebungsbedingungen reagiert werden muss. Anwendungen Die lernfähige, dreidimensionale Objekterkennung und Umgebungserfassung sind in verschiedenen Bereichen einsetzbar und wurden durch das Fraunhofer IPA in unterschiedlichen Anwendungen erfolgreich umgesetzt: • in der industriellen Verwendung für autonome fahrerlose Transportsysteme oder für Handhabungs-, Lager- und Sortieraufgaben • als Schlüsseltechnologie für die Entwicklung fortschrittlicher Assistenzroboter, um hilfsbedürftigen Menschen eine höhere Lebensqualität zu ermöglichen • zur Unterstützung der zunehmenden Automatisierung in der Landwirtschaft, z.B. zur Erkennung von zu pflückendem Obst oder Gemüse oder für Melkroboter zur Erkennung bzw. Lokalisierung der Kuheuter • für Reinigungsroboter zur automatischen Erkennung von Verschmutzungen. • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA www.ipa.fraunhofer.de Dreidimensionale Punktkarte eines Tisches mit Objekten (Quelle: Fraunhofer IPA) 28 Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2015

Komponenten Innovative Bausteine für die Industrie Heitec stellt auf der SPS IPC Drives neueste Lösungen zur intelligenten Vernetzung sowie effizienteren, modularen Gestaltung von Produktionsabläufen vor Die Tendenz zu größerer Komplexität und Flexibilität, dezentrale Fertigungssysteme, Konvergenz und nicht zuletzt das „Internet der Dinge“ erfordern neue Lösungsansätze und eine intelligente Kommunikation im Fertigungsbereich. Auf der Messe zeigt Heitec die neuesten Lösungen für diese sich stark verändernde „Produktionswelt“, die Fertigungsprozesse einfacher, leistungsfähiger und kosteneffizienter gestalten. Messeschwerpunkte sind virtuelles Engineering, M2M-Kommunikation und intuitive Bedieneroberflächen, industrielle Bildverarbeitung sowie Embedded Systems. Virtuelles Engineering Auf dem Weg zur „digitalen Fabrik“ unterstützt Heitec Kunden bei der effektiven Produktionsplanung mit virtuellem Engineering für Anlagen, Materialfluss, Roboterapplikationen, Softwarequalifizierung u.v.m. Jeweils auf die kundenspezifischen Anforderungen zugeschnittene Simulationstools ermöglichen risikominimierte, schnellere und kostengünstigere Automatisierungsschritte von der Konzeption bis zur Realisierung. M2M Kommunikation und intuitive Bedieneroberflächen Die einfache Bedienung moderner flexibler Fertigungslinien mittels „Plug-and-Play“-Datenverarbeitung steht im Vordergrund von Heitecs kundenspezifischen Lösungen mit innovativen Frameworks. Veranschaulicht wird dies am Beispiel eines einfach bedienbaren Liniencockpits, das als webbasierte Anwendung Prozessdaten einer modularen Fertigungslinie visualisiert. Dabei ermöglicht die Softwarearchitektur durch die Verwendung eines M2M-Nachrichtenprotokolls und eines generischen Datenmodells, dass Datenquellen wie SPS- Rechner ihre Daten selbst beschreiben und sie an ein Repository übertragen. Nutzer können relevante Daten per Drag&Drop einfach aus dem vorhandenen Datenpool auswählen und damit das Informationscockpit konfigurieren. Softwarearchitektur und Steuerungssoftware arbeiten z.B. auch beim Austausch von Fertigungsmodulen problemlos weiter. Industrielle Bildverarbeitung Eine in die Fertigungslinien integrierte industrielle Bildverarbeitung kann eine 100%ige berührungslose Kontrolle der gefertigten Produkte bewerkstelligen und ist heute in der Lage, hoch präzise Messungen im Mikrometerbereich bei hohen Taktraten durchzuführen. Für diese sehr anspruchsvollen Bildverarbeitungssysteme entwickelt Heitec Hardware- Sonderlösungen und integriert diese auf Wunsch nahtlos in die Fertigung. Die Systeme sind jederzeit erweiterbar und tragen entscheidend zu einer Effizienz- und Qualitätssteigerung sowie zu einer kostengünstigeren Produktion bei. Embedded Systems Für Embedded Systems in der Automatisierung bietet Heitec als Elektronik-Dienstleister das komplette Leistungsspektrum von der Entwicklung über die Produktion, Qualifizierung und Service bis zum kompletten Produktlebenszyklusmanagement. Die Leistungen umfassen Einzelkomponenten, Baugruppen, Geräte und Systeme, aber auch Komplettlösungen aus Gehäuse, Hard- und Software. Kunden können dabei Einzelleistungen als auch Gesamtpakete, basierend auf Standard- und kundenspezifischen Vorgaben und einer Kombination aus beidem beziehen. Heitec zeigt aus dem Systembereich eine neue CompactPCI Serial-Produktlinie wahlweise mit Ethernet Star oder Full Mesh Backplane-Technologie in skalierbaren Ausführungen – eine ideale Gehäuse- und Systemplattform für Anwendungen im industriellen Umfeld. Wir stellen aus: SPS IPC Drives Halle 6, Stand 330 • HEITEC AG info@heitec.de www.heitec.de Schwerpunkt modifizierte Schaltschranksysteme Lohmeier präsentiert auf der SPS IPC Drives einen breiten Querschnitt aus seinem umfassenden Sortiment an Stand- und Wandschaltschränken in Standardausführungen sowie als modifizierte Lösungen. Kundenspezifische Lösungen stehen im Fokus. Die ausgestellten Schaltschränke eignen sich für verschiedenste Bereiche des Maschinenund Anlagenbaus. Zu sehen sind Schränke für die Wandmontage, Stand- und Anreihschränke sowie Klemmenkästen und BUS-Systemgehäuse. Zudem zeigt das Unternehmen, wie auch in den letzten Jahren, die überaus energieeffizienten Schaltschrank-Klimageräte seines Partners Pfannenberg. Wir stellen aus: SPS IPC Drives Halle 5, Stand 340 • LOHMEIER Schaltschrank- Systeme GmbH & Co. KG www.lohmeier.de Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2015 29

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