Nutzerschnittstelle zum Yuanda Robot

Roboterprogrammierung leicht gemacht – aber wie?

Die kollaborative Robotik gilt als Musterbeispiel für die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Um die Hürden für den Einstieg in diese Technologie zu senken, hat der noch junge Cobot-Hersteller Yuanda Robotics zusammen mit Attoma Berlin ein HMI entwickelt, das stringent auf leichte Benutzung ausgelegt ist, ohne an Funktionalität einzubüßen.

(Bild: Yuanda Robotics GmbH)

Der Einsatz von Robotern macht es möglich, den Menschen von vielen unergonomischen Arbeiten zu befreien. Doch bringt ein (teil)automatisiertes Arbeitsumfeld auch neue Anforderungen mit sich. Dazu gehören eine zunehmende Aufgabenvielfalt, und eine höhere Entscheidungsverantwortung des Einzelnen etwa bei der Steuerung KI-gesteuerter und selbstlernender Systeme. Hier besteht die Herausforderung darin, Daten in einer Form auszuwerten und zu visualisieren, dass sie dem Menschen zu einer informierten, autonomen Entscheidungsfindung verhelfen. Anwendungen müssen intuitiv und ohne langes Anlernen nutzbar sein. Am Beispiel der Entwicklung eines HMIs für die Programmierung und Nutzung von Robotern lässt sich nachzeichnen, was Design leisten kann.

Der kollaborative Roboter

Im Projekt geht es um den kollaborativen Roboter des 2016 gegründeten Herstellers Yuanda Robotics. Der Cobot wurde mit seinen sechs Achsen und sieben Kilogramm Traglast auf der diesjährigen Hannover Messe vorgestellt. Er zeichnet sich aus durch seine feinfühlige Interaktion, die kontrollierte und selbständige Handhabung von Objekten und seinen Kollisionsschutz, der einen Schutzkäfig überflüssig macht. Über eine integrierte Kamera, verbunden mit der entsprechenden Bildauswertungssoftware, kann er selbständig Objekte klassifizieren, Qualität kontrollieren und sich mittels Tag-Lokalisierung im Raum orientieren und positionieren. Die Stärke des Roboters liegt aber in den Interaktionsmöglichkeiten.

Nicht nur für große Firmen

Viele KMU dürfte der Aufwand abschrecken, der mit der Implementierung, Programmierung und Umrüstung kollaborativer Robotiklösungen einher geht. Diesen Vorbehalten will Yuanda Robotics mit einer überzeugenden Usability und User Experience begegnen. Dazu Geschäftsführer Jens Kotarski: „Der Verheißung der wirklichen Plug&Play-Integration kann man nur gerecht werden, wenn man auch alle Nutzerschnittstellen durchdenkt – und das aus der Perspektive der Nutzer. Deshalb haben wir viel Energie in die Entwicklung eines intuitiv bedienbaren HMIs gesteckt.“ Yuanda Robotics entschied sich für die Zusammenarbeit mit der Firma Attoma Berlin, die auf HMI-Lösungen im Bereich der Produktion spezialisiert ist. Kai Gehrmann, Managing Partner bei der Firma: „Das Potential einfach nutzbarer Anwendungen mit flachen Lernkurven – sogenannten Low Floors – im Bereich der Smart Factory ist riesig. Design bietet zahlreiche Ansätze, um dieses Potential voll zu erschließen und den Arbeitsplatz der Zukunft positiv mitzugestalten.“

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Leichte Sprache der Robotik

Nach einem initialen Workshop wurden die Funktionsbausteine der Software nach Kriterien einfacher Nutzbarkeit und Workflows für unterschiedliche Anwendergruppen priorisiert und gegliedert. Die codebasierte Programmiersprache sollte auf ein verständliches Niveau übersetzt werden, ohne die Funktionalität der Software einzuschränken. In der ersten Umsetzungsphase entstand ein Low-Fidelity-Wireframe, der zu einem klickbaren Prototyp weiterentwickelt wurde. Nach Durchlaufen mehrerer Iterationszyklen wurde das GUI (Graphical User Interface) ausgestaltet und Elemente wie Typographie, Farb-, Formen- und Bildsprache festgelegt. Das Design des HMIs wurde von Attoma in Tools wie Sketch umgesetzt und in Form von Quelldateien sowie platformspezifischen und pixelgenauen Spezifikationen an die Entwickler von Yuanda Robotics ausgeliefert. Einen begleitenden Styleguide mit grafischen Vorgaben zur Implementierung und eine Icon-Bibliothek lieferte Attoma ebenfalls an das chinesisch-deutsche Joint Venture.

Ein individuell konfigurierbares Dashboard (Bild: Attoma Berlin GmbH)

Modulare Programmbausteine

Die Software für den Cobot stellt dem Nutzer ein webbasiertes Interface zur Verfügung, das auf einem Tablet oder Desktop-Computer/Laptop zum Einsatz kommt. Im funktionalen Mittelpunkt stehen die nach ihrer Aufgabe (move to, wait, open gripper usw.) benannten Programmierbausteine (Befehle), welche in funktionalen Gruppen (tool, motion, logic, vision usw.) gegliedert sind. Diese Module können per Drag&Drop zu einem Workflow zusammengestellt werden. Alternativ steht eine Bibliothek von vorkonfigurierten Applikationen – sogenannten Templates – zur Verfügung, die nur noch mit lokalen Parametern gefüllt werden müssen.

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An die Hand genommen

Die Parametrierung der einzelnen Befehle – beispielsweise die Zielposition, Geschwindigkeit oder der Übergang zur nächsten Bewegungsrichtung (Blending) innerhalb des ‚Move‘-Befehls – kann neben numerischen Eingaben über haptische Bedienelemente wie Slider gesteuert werden. Aber es geht noch einfacher: Über Handführen des Roboters können Raumkoordinaten unmittelbar in den Programmierfluss integriert werden. Programmierbare Buttons am Endeffektor des Roboters ermöglichen die Eingabe weiterer Funktionsbausteine. Die Funktion ‚Manual Control‘ erlaubt eine Manipulation der realen (Real Mode) bzw. der virtuellen Koordinaten (Simulation Mode). Das heißt, Eingaben werden sofort übernommen und der Roboter kann auf diese Weise quasi ferngesteuert agieren. Diese Funktion ist im HMI als ausblendbares Widget angelegt.

Virtuelle Inbetriebnahme

Eine zentrale Rolle spielt der digitale Zwilling – eine 3D-Visualisierung des Roboters, in der das Programm vor der Inbetriebnahme virtuell getestet wird. Dabei wird die Trajektorie anhand eines Bewegungspfades visualisiert. Diese Testfunktion ist von entscheidender Bedeutung für die Inbetriebnahme – zugleich erlaubt sie es dem Nutzer, die Effizienz eines Ablaufes anhand von Kenngrößen wie der prognostizierten Geschwindigkeit abzulesen und interaktiv anzupassen. Im Real Mode bildet der digitale Zwilling die Roboterbewegung in Realzeit ab. Sobald die Programmierung abgeschlossen ist und der Yuanda Robot seine Arbeit aufnimmt, werden wichtige Kennzahlen auf einem Dashboard dargestellt, über das die Anwender zudem Einfluss auf das Verhalten des Roboters nehmen können. Auch dieses Dashboard lässt sich anhand von Widgets konfigurieren.

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