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Ikea-Möbel – auch für Roboter eine Herausforderung

| Redakteur: Julia Schmidt

Die Bauanleitungen für Ikea-Möbel können etliche Seiten umfassen - und schon so mancher scheitert daran, sie umzusetzen. Um die Präzision von Industrie-Robotern zu verbessern lassen Forscher Roboterarme Ikea-Stühle zusammenbauen.

Zwei Roboterarme bauen einen Ikea-Stuhl zusammen und setzen dafür die Dübel ein. Das Bild zeigt einen frühen Versuchsaufbau von 2015.
Zwei Roboterarme bauen einen Ikea-Stuhl zusammen und setzen dafür die Dübel ein. Das Bild zeigt einen frühen Versuchsaufbau von 2015.
(Bild: CRI Group @ NTU)

Auch wenn Ikea-Möbel eigentlich für ihre Schlichtheit bekannt sind, kann der Aufbau doch einen zur Verzweiflung treiben. Die nicht triviale, komplexe Aufgabe eignet sich auch dafür Industrie-Roboter herauszufordern. Üblicherweise können diese bei hoher Präzision ihre Kraft schlecht regulieren.

Die Robotik hat sich in den letzten Jahren rasant weiter entwickelt. Durch Künstliche Intelligenz (KI) sind Systeme erschaffen worden, die nahezu menschenähnliche, in manchen Bereichen sogar übermenschliche Fähigkeiten aufweisen: von Brettspielen bis hin zum autonomen Fahren. Feinmotorischen Fähigkeiten, wie Fingerspitzengefühl, sind ein Aspekt menschlicher Intelligenz und sie sind extrem schwierig für einen Roboter umzusetzen, da sie viele verschiedene Fähigkeiten zusammenführen: Das Visualisieren und haptische Lokalisation für das Vorausplanen. Der Kraftaufwand muss der Aufgabe angepasst werden und auch die Koordination der beiden „Hände“ ist eine eigene Herausforderung.

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Ein Forscherteam der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur möchten Industrie-Roboter diese Mechanismen beibringen und haben dazu zwei Industrie-Roboterarme jeweils mit Parallelgreifer, Kraftmesser und 3D-Kameras ausgestattet. Die Aufgabe war es einen einfachen Ikea-Stuhl zusammenzubauen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher um Quang-Cuong Pham im Fachjournal „Science Robotics“.

Die Schwierigkeit ist Präzision und Kraftaufwand zu kombinieren

Abgesehen davon, dass man die meisten Ikea-Möbel besser zu zweit aufbaut, sind für den Aufbau des Stuhls mindestens zwei Hände notwendig. Eine, um das Element zu halten und die andere, um die Dübel reinzustecken und Schrauben anzuziehen. Aus diesem Grund verwendeten auch die Forscher zwei Roboterarme, die es zu koordinieren galt. Die Forscher „ernannten“ einen der Arme zum Leiter, den anderen zum Assistenten. Beide mussten jedoch sämtliche Bewegungen nachvollziehen, um Zusammenstöße zu vermeiden. Wenn zwei Teile miteinander verzapft werden sollten, hielt der Assistent das eine Teil. Der Leiter nahm einen Zapfen, positionierte ihn mittels Kamera über dem richtigen Loch und drückte ihn dann mit geeignetem Kraftaufwand hinein.

„Wir wollten herausfinden, ob wir auf der Grundlage von aktueller Robotertechnologie eine typische Aufgabe bewältigen können, die alle feinmotorischen Fähigkeiten erfordern. Das ist eine Herausforderung, da Industrieroboter, die auf präzise Positionierung ausgelegt sind, schlecht ihre Kräfte regulieren können“, schreiben die Ingenieure. Dennoch gelang es ihnen, ohne besondere Spezialanfertigungen auszukommen: Alle verwendeten Komponenten können im Handel erworben werden. Zum Steuern der Roboter verwendeten die Forscher eine freie Software.

Noch muss die Reihenfolge fest programmiert werden

Die ersten Versuche waren nicht fehlerfrei: Mal ging der Zapfen daneben, mal fiel ein nicht fertig gestecktes Teil um. Letztendlich schafften es die Roboter, den Stuhl in einem Durchgang aufzubauen. In drei Sekunden hatten sie die Positionen der benötigten Teile in der Umgebung bestimmt, etwa elf Minuten brauchten sie, um die Bewegungen zu planen. Dann setzten sie den Stuhl in knapp neun Minuten zusammen. „Es gibt noch eine wichtige Einschränkung“, schreiben die Forscher: „Obwohl alle Schritte automatisch geplant und kontrolliert wurden, war ihre Reihenfolge fest programmiert.“

Ihr Versuch zeigt nach Auffassung der Wissenschaftler, dass Industrieroboter auch in einer wenig strukturierten Umgebung außerhalb von Fertigungsstraßen eingesetzt werden können. „Diese Fähigkeit könnte das volle Potenzial der Robotik entfalten“, schreiben sie. Als Beispiele nennen sie die Elektronikfertigung, die Flugzeugherstellung, die Logistik oder allgemein Bereiche mit häufigen Wechseln und kleineren Stückzahlen, „in denen hochentwickelte, starre Fertigungslinien nicht realisierbar sind“. Die Forscher können sich vorstellen, dass durch die Weiterentwicklung der Künstlichen Intelligenz Roboter eines Tages ohne weitere Programmierung Möbel anhand der Bauanleitung montieren können.

Mit Material von dpa.

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