Industrieroboter zeichnet sein Selfie

04.08.2016
Bildquelle: D. Herbert, F. Stolz
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Bildquelle: Hochschule Fulda
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Das Zeichnen filigraner Strukturen mit Industrierobotern ist komplex. Mit Ihren Ergebnissen zeigen Studierende, dass dies unter Einsatz moderner Methoden effizient realisiert werden kann.

Und wenn er schon zeichnen kann, warum dann nicht im Sinne des Zeitgeistes ein Selfie von sich selbst. Selfies sind in aller Regel fotografisch erstellte Bilder, die mit entsprechender Software in wilde und teils skurrile Kunstwerke verwandelt werden können; ihnen ist gemein, dass der Menschen sich selbst darstellt.

Die Aufgabe klingt auf den ersten Blick recht trivial. Es wird ein Stift an den Roboter angebaut, der Roboter wird programmiert und beginnt auf Kommando das programmierte Bild zu zeichnen.

Theorie und Praxis unterscheiden sich aber mitunter erheblich. Jeder kennt die Probleme, dass sich eine Bleistiftspitze beim Zeichnen von Linien innerhalb von Sekunden abnutzt und die Form ändert, die Linienstärke von Faserschreibern variiert in Anhängigkeit des Anpressdrucks oder Füller erfordern eine sehr genaue Orientierung der Feder, um diese nicht zu beschädigen. Mit anderen Worten: Jeder Stift hat seine Tücken und selbst ein Mensch mit seinen sehr sensiblen Sinnesorganen braucht viel Erfahrung, um eine saubere Zeichnung zu erstellen.

Die Projektaufgabe wurde von den Studierenden dennoch mit tollem Ergebnis gelöst. Dazu haben sie einen einzelnen Stift nicht einfach an den Industrieroboter angeschraubt, sondern ein Werkzeug für das vierfarbige Zeichnen entwickelt. Zunächst wurde das Werkzeug zur Stiftfixierung und zum Ausgleichen der geometrischen Unebenheiten und Nachgiebigkeiten im CAD System konstruiert. Anschließend wurden die Einzelteile des Werkzeugs mit dem im Lehrgebiet entwickelten 3D Drucker hergestellt, am Roboter erprobt und bezüglich ihrer Eigenschaften optimiert.

Die Vorbereitung und Ausführung der Bewegungssteuerung des Roboters erforderte nach dem Werkzeugbau weitere Schritte. Zur Darstellung des Bildes wurde in einem ersten Schritt ein eigens entwickelter Zeichenprozess definiert und programmiert. Die Aufgabe dieser Softwarealgorithmen ist die Analyse einer Bilddatei und die Generierung von Fahrbefehlen für den Tool-Center-Point des Roboters an dem sich das genannte Werkzeug befindet. Bei der Erstellung der Fahrbefehle entstehen gegebenenfalls hunderte von Anweisungen, so dass die automatisierte Übertragung dieser Anweisungen zur Robotersteuerung unabdingbar war. Auch die Ausrichtung der Zeichenfläche in Bezug auf die Position des Roboters und die Kalibrierung des Werkzeugs nach einem Stiftwechsel waren Funktionalitäten, die sich im Laufe des Projektes als obligatorisch herausgestellt haben.

Nach der Implementierung der Algorithmen zur Generierung der Fahrbefehle und der Programmierung des Roboters zur Abarbeitung der Fahrkommandos wurden verschiedene Systemtests durchgeführt. Das angestrebte und erreichte Ziel, die Erstellung eines Selfies im Zeichenstil des Roboters, ist in den Bildern sehr schön zu erkennen.

Wie in der klassischen Malerei werden sich zukünftige Projekte mit neuen Stilen, Materialien und Techniken beschäftigen.

Autor: Prof. Dr.-Ing. E. Engels

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