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Der Roboter als Cyberphysisches System

Cloud-gestützte Anbindung und Steuerung von Robotern mittels Services

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Der Roboter als cyberphysisches System
Christian Henkel, Fraunhofer IPA
18.07.2017
Cloud
Robotics
2
Christian Henkel, Fraunhofer IPA
Zusammenfassung5
Anwendungsbeispiele4
Umsetzung3
Architekturen2
Einführung1
Gliederung
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Christian Henkel, Fraunhofer IPA
Zusammenfassung5
Anwendungsbeispiele4
Umsetzung3
Architekturen2
Einführung1
Gliederung
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Christian Henkel, Fraunhofer IPA
Anforderungen Robotik
• Hohe Rechenleistung
• Datenzugriff
• Internet
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• Verteilte Systeme
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• Echtzeit-Kommunikation
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Christian Henkel, Fraunhofer IPA
A Robot and the cloud
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Der Roboter als Cyberphysisches System

  • 1. Der Roboter als cyberphysisches System Christian Henkel, Fraunhofer IPA 18.07.2017 Cloud Robotics
  • 2. 2 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung5 Anwendungsbeispiele4 Umsetzung3 Architekturen2 Einführung1 Gliederung
  • 3. 3 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung5 Anwendungsbeispiele4 Umsetzung3 Architekturen2 Einführung1 Gliederung
  • 4. 4 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Anforderungen Robotik • Hohe Rechenleistung • Datenzugriff • Internet IT Technologie • Verteilte Systeme • Vernetzung • Echtzeit-Kommunikation Kommunikation
  • 5. 5 Christian Henkel, Fraunhofer IPA A Robot and the cloud Rechenkapazität Speicher Infrastruktur Fertigungsprozess Andere Roboter Big Data Analyse Planung Visualisierung Semantisches Wissen
  • 6. 6 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung5 Anwendungsbeispiele4 Umsetzung3 Architekturen2 Einführung1 Gliederung
  • 7. 7 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Einführung 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010111010101010 1000101110101010101000 1011101010101010001011 1010101010100010111010 1010101000101110101010 1010001011101010101010 0010111010101010100010 1110101001010100101110 Cloud Robotics
  • 8. 8 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Unterschiede 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010111010101010 1000101110101010101000 1011101010101010001011 1010101010100010111010 1010101000101110101010 1010001011101010101010 0010111010101010100010 1110101001010100101110 • Rechenleistung auf Roboter • Abhängigkeit Kosten • Autonomie • Rechenleistung in Cloud • Kein vollwertiger PC auf Roboter • Skalierbarkeit • Hohe Rechenleistung
  • 9. 9 Christian Henkel, Fraunhofer IPA • Geringe Rechenleistung auf Roboter • Fallback • Auslagerung mancher Funktionen • Remote Update / Instanziierung auf Roboter • Echtzeitkritisch auf Roboter • Rechenintensiv in Cloud • Caching von Informationen Hybrider Ansatz 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010111010101010 1000101110101010101000 1011101010101010001011 1010101010100010111010 1010101000101110101010 1010001011101010101010 0010111010101010100010 1110101001010100101110
  • 10. 10 Christian Henkel, Fraunhofer IPA • Kommunikation • Echtzeit Anforderung • Geringe Latenz • Hohe Bandbreite • Ablauf • Finden Direktverbindung • Aushandlung Protokolle • Aufbau Verbindung • Zentrale Instanz für Monitoring Direktkommunikation 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010111010101010 1000101110101010101000 1011101010101010001011 1010101010100010111010 1010101000101110101010 1010001011101010101010 0010111010101010100010 1110101001010100101110
  • 11. 11 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung5 Anwendungsbeispiele4 Umsetzung3 Architekturen2 Einführung1 Gliederung
  • 12. 12 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Cloudplattform für produzierende Unternehmen • Roboter-/Geräteebene • universelles Interface • übergeordnete Struktur • Services • Daten • Betreuung
  • 13. 13 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Verknüpfung Cloud und Roboter Grundaufbau Robot ROS Interface 10101000101 11010100101 1101110100 Broker Common Interface, Service Common Interface, Device Navigation Service Service Interface
  • 14. 14 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Verknüpfung Cloud und Roboter Verbindung Robot ROS Interface 10101000101 11010100101 1101110100 Broker Common Interface, Service Common Interface, Device Navigation Service Service Interface Register Callback Event Event Callback
  • 15. 15 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Cyberphysiche Systeme Selbstbeschreibung Komponenten Schnittstellen Events • Position • Messwert • … Functions • Zielpositition • Aktoren • …
  • 16. 16 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Verknüpfung Cloud und Roboter Registrierung Robot ROS Interface 10101000101 11010100101 1101110100 Broker Common Interface, Service Common Interface, Device Komponenten Schnittstellen Events • Position • Messwert • … Functions • Zielpositition • Aktoren • … Navigation Service Service Interface Register Callback Event Event Callback
  • 17. 17 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Verknüpfung Cloud und Roboter Sensor-/Aktorverknüpfung Robot ROS Interface 10101000101 11010100101 1101110100 Broker Common Interface, Service Common Interface, Device Navigation Service Service Interface Register Callback Event Event Callback
  • 18. 18 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Verknüpfung Cloud und Roboter Integration flow Robot ROS Interface 10101000101 11010100101 1100101100 Broker Common Interface, Service Common Interface, Device Navigation Service Service Interface Register Callback Event Event Callback
  • 19. 19 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Cloudanbindung Services und Roboter Robot 0 ROS Interface 10101000101 11011101001 0111010100 CIS0 CID0 Service 0 Service Interface CIDm CISn Broker ... ... Robot m ROS Interface 10101000101 11010100101 1101010110 ... Service n Service Interface...
  • 20. 20 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung5 Anwendungsbeispiele4 Umsetzung3 Architekturen2 Einführung1 Gliederung
  • 21. 21 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Beispiel 1: Cloud-based picking Kollektiver Griff in die Kiste 1. 3D-Scan der Teile 2. Upload zu Cloud 3. Ermittlung Griffmöglichkeit 4. Greifen, dabei • Monitoring • Lernen • Rechenleistung skalierbar • CAD-Definitionen zentralisierbar • zentrales Monitoring erzeugt Robustheit
  • 22. 22 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Beispiel 1: Cloud-based picking Gemeinsames Können und Lernen Picking application Object localization Task/Path planning Work piece CAD-modelPlanner Portal System planning Part teaching Operator Object data Motion Data Actors Skills, Services Sensor Part models • zentrales Monitoring • zentrales Teilelernen • Objektverfolgung • Aufgabenplanung Bereitstellung von • Fähigkeiten • Abläufen • Wissen
  • 23. 23 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Beispiel 2: Cloud-supported navigation Organisierte Orientierung • Vernetzung von • Fahrzeugen • Sensorik • Wissen und Fähigkeiten • zentrales Monitoring • zentrale Sensorfusion • globale Planungsfähigkeit • Einbindung fester Sensorik
  • 24. 24 Christian Henkel, Fraunhofer IPA nicht erfassbares Hindernis Ziel Beispiel 2: Cloud-supported navigation Alle sehen für alle Ziel eigene Wegplanung Wegplanung mit Cloudwissen mittels Cloud erfasstes Hindernis eigene Wegplanung 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 Constraints Knowledge Services
  • 25. 25 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Beispiel 2: Cloud-supported navigation Globale Datensammlung und -analyse • Gesamtsystem • Shopfloorkarte, Interaktionen • Gesamtsystem • Verzögerungen/Engstellen • Interaktionsplanung • Infrastrukturplanung • Datenerwerb • Einzelfahrzeuge • Wege, Aufgaben, Zustände • Analyse • Einzelfahrzeuge • Leistungscharakteristika • technische Potentiale • Wartungs-/Reparaturplanung
  • 26. 26 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Beispiel 3: Cloud-based charging control Koordiniertes und kurzes FTS-Laden • Superkondensatoren in FTS • Kapazität • Ladezeit • Ziele: • Entfall reiner Ladezeiten • Reduktion nötiger FTS • notwendig: • zentrale, globale und dynamische Planung
  • 27. 27 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Basic Services Aggregated Services Services Equipment & CPS VFK Marketplace App1 App2 ... Devices VFK SDK Beispiel 3: Cloud-based charging control Cloud als globale Ladekontrolle • Cloud • Überwachung aller FTS-Ladezustände • Steuerung aller Ladeeinrichtungen • Planung und Optimierung • Transportaufgaben • Wege • Ladezeitpunkte • Ladedauer • Integration in Produktionsfluss
  • 28. 28 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Transportaufgabe 1 Bearbeitungspunkt FTS1 Transferpunkt mit Ladeeinrichtung Transportaufgabe 2 FTS2 Beispiel 3: Cloud-based charging control Ladeorientierte Aufgabenzuweisung
  • 29. 29 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung5 Anwendungsbeispiele4 Umsetzung3 Architekturen2 Einführung1 Gliederung
  • 30. 30 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung Cloud-Technologien für Anwendungen in der Robotik Architektur Umsetzung Beispiele
  • 31. 31 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung Cloud-Technologien für Anwendungen in der Robotik Architektur Umsetzung Beispiele 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010 1110101001 0111010100 1010100010111010101010 1000101110101010101000 1011101010101010001011 1010101010100010111010 1010101000101110101010 1010001011101010101010 0010111010101010100010 1110101001010100101110
  • 32. 32 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung Cloud-Technologien für Anwendungen in der Robotik Architektur Umsetzung Beispiele
  • 33. 33 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung Cloud-Technologien für Anwendungen in der Robotik Architektur Umsetzung Beispiele Robot y ROS Interface 10101000101 11010100101 1100101100 Broker Common Interface, Service Common Interface, Device Service x Service Interface Register Callback Event Event Callback Komponenten Schnittstellen Events • Position • Messwert • … Functions • Zielposition • Aktoren • …
  • 34. 34 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung Cloud-Technologien für Anwendungen in der Robotik Picking application Object localization Task/Path planning Work piece CAD-ModelPlanner Portal System planning Part teaching Operator Object data Motion Data Actors Skills, Services Sensor Part models Architektur Umsetzung Beispiele
  • 35. 35 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung Cloud-Technologien für Anwendungen in der Robotik Architektur Umsetzung Beispiele Ziel Wegplanung mit Cloudwissen mittels Cloud erfasstes Hindernis eigene Wegplanung 10101000101 11010100101 11010100100 10101000101 11110101001 0111010100 10101000101 11110101001 0111010100 10101000101 11110101001 0111010100 Constraints Knowledge Services
  • 36. 36 Christian Henkel, Fraunhofer IPA Zusammenfassung Cloud-Technologien für Anwendungen in der Robotik Architektur Umsetzung Beispiele Basic Services Aggregated Services Services Equipment & CPS VFK Marketplace App1 App2 ... Devices VFK SDK