Forschungsthemen
Forschungsthemen des Bereichs im Einzelnen sind:
- Entwicklung und Anwendung von Verfahren des maschinellen Lernens im industriellen Umfeld
- Architekturen und Algorithmen für die kognitive Robotik und Automatisierungstechnik
- Integration cyber-physischer und kognitiver Produktionsmittel in vernetzten Wertschöpfungssystemen
- Sicherer, zuverlässiger und nachvollziehbarer Einsatz von Künstlicher Intelligenz in der Produktion
RoboCable
Robotergestützte Manipulation biegeschlaffer Bauteile mit hoher Varianz und
Prozessunsicherheiten in der Produktion von Elektrofahrzeugen
Biegeschlaffe Bauteile wie Kabel und Kabelbäume sind bei der Produktion von Elektrofahrzeugen zentral. Sie sind aber mangels robuster Prozesse bislang nicht automatisiert handhabbar. In RoboCable werden daher neuartige KI-Methoden für die robotergestützte Manipulation biegeschlaffer Bauteile erforscht.
Im Projekt wird eine Kombination folgender Technologien betrachtet:
- Lageschätzung filigraner biegeschlaffer Bauteile mittels optischer Sensoren
- Modellbasiertes Matching von Sensordaten und digitalem Bauteilmodell
- Skill-basierte Roboterprogrammierung zur Umsetzung komplexer und kraftgeregelter Bewegungen
- KI-basierte Auswahl und Parametrierung geeigneter Roboterskills
- Einsatz einer Physik-Simulationsumgebung als Digitaler Zwilling der Produktion
Durch diese Kombination erlernt der Roboter neue Montagetätigkeiten virtuell in der Simulationsumgebung, um den hohen Varianzen biegeschlaffer Bauteile und inhärenter Prozessunsicherheiten Rechnung zu tragen. Laufende Aufgaben können währenddessen parallel dazu unterbrechungsfrei ausgeführt werden. Im Sinne einer VISION ZERO werden Programmier-, Stillstands- und Anlaufzeiten sowie Defekte minimiert.
Das Projekt ist am 01.Januar 2023 im Rahmen des InnovationsCampus Mobilität der Zukunft ICM gestartet
Beteiligte Institute
Universität Stuttgart: Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (Prof. Verl)
KIT Karlsruhe: Institut für Industrielle Informationstechnik (Prof. Heizmann)
Fraunhofer IPA Stuttgart: Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme (Dr. Kraus)
AKIPro „Anwendung von KI in der Produktion“
Der KI-Online-Kurs aus dem Projekt AKIPro vermittelt anwendungsorientiertes Wissen zur KI in der industriellen Produktion und hilft dabei, diese Technologie in die Praxis zu bringen. Er wurde an den KI-Campus übergeben und ist nun auf dieser Lernplattform verfügbar. Geplant ist, das Angebot auch in Lehrveranstaltungen des IFF sowie Formate des Campus Schwarzwald zu integrieren. Das Besondere: Der KI-Kurs steht nicht nur Studenten und Fachexperten, sondern allen Interessierten offen.
FutureWorkLab II
Das FutureWorkLab ist ein Innovationslabor für Arbeit, Mensch und Technik am Standort Stuttgart. Die Abteilung Kognitive Produktionstechnik des IFF ist am FutureWorkLab II beteiligt.
Rob-aKademI
Für Montageaufgaben ist die flexible Roboterprogrammierung bislang noch aufwendig. Dies zu verbessern, ist das Ziel des Forschungsprojekts »Rob-aKademI«. Die darin genutzten Technologien, allen voran das Maschinelle Lernen, sollen die Programmierung erleichtern und autonomer machen.
Die Partner im Forschungsprojekt »Rob-aKademI«, darunter das Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF der Universität Stuttgart und das Fraunhofer IPA, entwickeln Technologien, die die Roboterprogrammierung für Montageaufgaben vereinfachen und mehr automatisieren sollen. Grundlage hierfür ist ein rein digitales Abbild, also ein digitaler Zwilling, der Produktionsumgebung. Dieses Abbild verbunden mit einem speziellen Programmiergerüst wird in einer physikalischen Simulationsumgebung genutzt, um Roboter Fähigkeiten für das flexible Montieren lernen zu lassen. Roboter erkunden in der Simulationsumgebung autonom ihre Umgebung, planen darauf aufbauend ihr Verhalten und optimieren es selbstständig bzw. lernen fortlaufend.
Genutzt wird hierfür Künstliche Intelligenz (KI), und genauer maschinelles Lernen und dessen Teilgebiet des sogenannten »Reinforcement Learning« (RL). Dieses meint, dass ein Algorithmus ähnlich dem Menschen nach dem Prinzip Versuch und Irrtum lernt. Er erhält ein Belohnungssignal für eine gelungene Aktion, um schrittweise besser zu werden.
KIRK für KI-basierte Roboterkalibrierung
Ziel des Forschungs- und Entwicklungsprojektes zur KI-basierten Roboterkalibrierung (KIRK) ist es, durch Maschinelles Lernen neue softwaregetriebene Kalibriermethoden für Industrieroboter zu entwickeln, um deren Genauigkeit zu erhöhen. Initiatoren des Gemeinschaftsprojekts sind das IFF der Universität Stuttgart, die DHBW Karlsruhe und der Softwarehersteller ArtiMinds Robotics.
Das Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) der Universität Stuttgart und das Robot-and-Human-Motion-Lab (RaHM-Lab) der Dualen Hochschule Baden-Württemberg Karlsruhe übernehmen im Projekt die Grundlagenforschung.
Pressemitteilung von ArtiMinds Robotics
Presseresonanz im Internet
Artikel in den VDI-Nachrichten
Artikel in der Automationspraxis
Lehre
In der Lehre liegt der Fokus auf der Vermittlung von KI-Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens und der Planung. Den Studierenden wird aufgezeigt, wie diese Methoden zur Verbesserung von Produktionsprozessen eingesetzt werden können. Neben der Vermittlung theoretischer Konzepte, werden auch praktische Anwendungsfälle betrachtet.
Veranstaltungen
- Kognitive Produktionssysteme (Vorlesung, 6 LP)
- Probabilistische Planung (Vorlesung, 6 LP)
- Big Data Machine Learning (Praktikum, 4 LP)
Publikationen des Bereichs Kognitive Produktionssysteme
- P. Dunau, M. Huber, und J. Beyerer, „Gaussian Process based Dynamic Facial Emotion Tracking“, in 2019 IEEE International Conference on Industrial Cyber Physical Systems : Proceedings. 06-09 May, 2019, Taipei, Taiwan, 2019, S. 248--253. doi: 10.1109/ICPHYS.2019.8780338.
- M. Huber, „Daten als Schlüssel für maschinelles Lernen : Zentrum für Cyber Cognitive Intelligence (CCI) am Fraunhofer IPA hilft beim Einstieg“, Automationspraxis, Nr. 1–2, Art. Nr. 1–2, 2019, [Online]. Verfügbar unter: https://automationspraxis.industrie.de/industrie-4-0/machine-learning-daten-sind-schluessel-fuer-maschinelles-lernen/
- M. El-Shamouty, K. Kleeberger, A. Lämmle, und M. Huber, „Simulation-driven machine learning for robotics and automation“, TM Technisches Messen : Plattform für Methoden, Systeme und Anwendungen in der Messtechnik, Nr. |TOnline31.08.2019, Art. Nr. |TOnline31.08.2019, 2019, doi: 10.1515/teme-2019-0072.
- M. Huber, „Daten sind der Schlüssel für maschinelles Lernen : Künstliche Intelligenz ermöglicht vorausschauende Wartung und neue datenbasierte Dienstleistungen“, mav : Innovation in der spanenden Fertigung, 2019, [Online]. Verfügbar unter: https://mav.industrie.de/peripherie/software/daten-sind-der-schluessel-fuer-maschinelles-lernen/
- W. Kraus, B. Winkler, und M. Huber, „Maschinelle Lernverfahren für Roboteranwendungen“, atp magazin : Transforming Automation, Nr. 1–2, Art. Nr. 1–2, 2019.
- M. Huber und N. Schaaf, „Extraktion von Erklärungen zu Produktionsprozessen aus künstlichen Neuronalen Netzen“, in Blick in die Blackbox : Nachvollziehbarkeit von KI-Algorithmen in der Praxis, Berlin, 2019, S. 62--72.
- M. Huber, „Fallstudie: Predictive Maintenance“, in Data Science : Grundlagen, Architekturen und Anwendungen, Heidelberg: dpunkt.verlag, 2019, S. 225--244.
- M. Huber, „Machine Learning für Produktion und Robotik“, Automationspraxis, Bd. 2019, Nr. 11, Art. Nr. 11, 2019.
- P. Dunau, M. Huber, und J. Beyerer, „Comparison of Angle and Size Features with Deep Learning for Emotion Recognition“, in Progress in Pattern Recognition, Image Analysis, Computer Vision, and Applications : 23rd Iberoamerican Congress on Pattern Recognition. November 19-22, 2018, Madrid, Spain, Cham, 2018, S. 602--610. doi: 10.1007/978-3-030-13469-370.
- FORSCHUNG LEBEN berichtet
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Im Universitätsmagazin FORSCHUNG LEBEN erschien in der Frühjahrsausgabe 2019 ein umfangreicher Artikel über die Forschungsarbeiten zur Künstlichen Intelligenz an der Universität Stuttgart. Redakteurin Andrea Mayer-Grenu besuchte auch die IFF-Abteilung Kognitive Systeme und ließ sich von Professor Marco Huber erklären, was es mit KI auf sich hat.
Marco Huber
Univ. Prof. Dr.-Ing.Stellvertretender Institutsleiter, Bereichsleiter Kognitive Produktionssysteme