Intuitiv bedienbares HMI

Roboterprogrammierung leicht gemacht

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 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, z.B. bei der Bedienung KI-gesteuerter und selbstlernender Systeme. Hier besteht die Herausforderung darin, Daten in der Form auszuwerten und zu visualisieren, in der 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.

Ergebnis der Zusammenarbeit von Attoma und Yuanda ist ein individuell konfigurierbares Dashboard zur Robotersteuerung. (Bild: Attoma Berlin GmbH)

Kollaborativer Roboter

Im Projekt geht es um den kollaborativen Roboter des 2016 gegründeten Herstellers Yuanda Robotics. Der Cobot mit sechs Achsen und 7kg Traglast zeichnet sich durch seine feinfühlige Interaktion, die kontrollierte und selbständige Handhabung von Objekten und seinen Kollisionsschutz, der einen Schutzkäfig überflüssig macht, aus. 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 vor allem in den Interaktionsmöglichkeiten.

Leichte Sprache der Robotik

Yuanda Robotics entschied sich für die Zusammenarbeit mit der Firma Attoma Berlin, die auf HMI-Lösungen im Bereich der Produktion spezialisiert ist. 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 Funktionen 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.

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) benannten Programmierbausteine (Befehle), die in funktionale Gruppen (tool, motion, logic, vision) 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.

An die Hand genommen

Die Parametrierung der einzelnen Befehle 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.