İnsan-Robot İşbirliği

Fraunhofer Fabrika Operasyon ve Otomasyon Enstitüsü IFF'deki araştırmacılar, üretimde daha önce otomatikleştirilmesi imkansız olan karmaşık görevlerin üstesinden gelebilecek bilişsel robot yetenekleri geliştirdiler. Ayrıca, yapay zeka tarafından üretilen robot hareketlerinde güvenliği de sağlayabilen yakın insan-makine işbirliğine yönelik ilk güvenlik teknolojileri ve planlama araçları olan PARU ve bilgisayar destekli güvenliği (CAS) de tanıtıyorlar. Araştırmacılar, 24-27 Haziran 2025 tarihleri arasında Münih'te düzenlenecek Automatica etkinliğinde (Salon A4, Stand 319) bilişsel robotiğin neler yapabileceğini ve dinamik çalışma alanı izlemenin nasıl çalıştığını gösterecekler.

Fraunhofer IFF'deki araştırmacılar, robotlara yapılandırılmamış, değişen ortamlarda otonom olarak çalışmak için ihtiyaç duydukları bilişsel yetenekleri kazandırmak ve endüstriyel ortamlarda montaj ve demontaj veya sağlık hizmetleri ortamlarında nesneleri taşıma gibi karmaşık süreçleri otomatikleştirmek için yapay zeka tabanlı yeni çözümlerden yararlanıyor. Projeksiyon tabanlı ve kamera tabanlı güvenlik teknolojileri, yapay zeka tabanlı hareket kontrolüne sahip robotların değişikliklere güvenilir bir şekilde yanıt vermesine, yeni görevlere uyum sağlamasına ve bir uygulamayı güvenli bir şekilde çalıştırmasına olanak tanır. Bu, daha önce belirli, dar tanımlı görevlerle sınırlı olan geleneksel robot teknolojisine kapalı olan çok çeşitli yeni uygulama alanlarının önünü açıyor. “Bilişsel robotlar deneyimlerinden öğrenebilir, bağımsız kararlar alabilir ve çeşitli senaryolara uyum sağlayabilir. Bileşenleri alıp gitmeleri gereken yere yerleştirmeyi içeren al ve yerleştir görevleri için, bilişsel bir robotun artık iş parçalarını yakalamadan önce neye benzediklerini öğrenmesi gerekmiyor. Bunun yerine, nesnenin boyutunu, şeklini, dokusunu ve durumunu kaydetmek için bir kamera kullanır ve davranışını buna göre ayarlar. Bu süreçte, farklı çevresel koşulların ve hatta farklı ambalaj malzemelerinin üstesinden gelebilir.” diyor Fraunhofer IFF Bilişsel Robotik grubu başkanı Magnus Hanses.

Bilişsel robotik kullanımda: Yapay zeka tabanlı kontrollere sahip işbirlikçi bir robot, daha önce otomatikleştirilmesi zor olan karmaşık sökme işlemlerini göstererek bir bilgisayardan anakartı çıkarıyor.

Yapay zeka modellerini eğitmek için simülasyon kullanma
Uzmanlar, kullanılan yapay zeka modellerini eğitmek için simüle edilmiş ortamlar kullanıyor. Örneğin, bir bilgisayardan anakart çıkarmak gibi montaj ve demontaj işlemlerini simüle ediyorlar. Herhangi bir sayıda sanal robot dijital alanda aynı anda ve çok daha hızlı bir şekilde herhangi bir güvenlik endişesi olmadan çalışabilir. Dijital simülasyonda öğrenmenin birçok avantajı vardır, ancak aynı zamanda bir zayıf noktası da vardır. Sanal öğrenme ortamı hiçbir zaman gerçek dünya ile yüzde 100 aynı değildir. Araştırmacıların önündeki zorluk, Sim2Real boşluğu olarak da bilinen bu gerçeklik boşluğunu mümkün olduğunca kapatmaktır. Burada iki olası yaklaşım vardır. Simülasyon ya mümkün olduğunca gerçekçi olacak şekilde tasarlanabilir ya da mümkün olan en geniş gerçek dünya versiyonları yelpazesini kapsayabilir, böylece yapay zeka için kullanılan sinir ağı genelleme yapmayı ve alışılmadık ortamlarda yolunu bulmayı öğrenir. Araştırmacıların bunu başarmasının bir yolu da alan rastgeleleştirmesi. Bu yaklaşım, rastgele özelliklere sahip çok sayıda simüle edilmiş ortam yaratmalarına ve hepsinde çalışan bir modeli eğitmelerine olanak tanıyor. “Simülasyonu etkileyen aydınlatma gibi birçok farklı parametre var. Eğitim sırasında bu parametreleri değiştirebiliyoruz. Robot simülasyonu tam olarak çözmeyi öğrenmiyor. Bunun yerine, arkasındaki soyut kavramı anlamaya başlar. Gerçeklik, yapay zeka için simülasyonun bir başka versiyonu haline geliyor,” diyor Hanses.

Patentli PARU güvenlik teknolojisi, robotun çalıştığı alanın etrafında görünür ışık perdeleri oluşturur. Aydınlatılmış mavi güvenlik çizgileri, makinenin hareketlerine dinamik olarak uyum sağlayarak insanlar ve yapay zeka kontrollü robotlar arasında güvenli etkileşim sağlar.

PARU - benzersiz, patentli hız ve ayrım izleme
Ancak bilişsel robotik alanı hala başka bir zorlukla karşı karşıya: Şu anda, yapay zeka tarafından üretilen robot hareketlerinin güvenliğini güvenlik standartlarına uygun olarak sağlamanın bir yolu yok. Yapay zeka tabanlı robotların insanlarla güvenli bir ortamda etkileşime girebilmesi için Fraunhofer IFF'deki araştırmacılar, çalışma alanlarını izlemeye yönelik patentli yeni bir teknoloji olan PARU'yu geliştirdi. PARU, doğrudan makinenin etrafına görünür uyarı ve koruyucu alanlar yansıtmak ve insanlar güvenlik bölgelerine girdiğinde bunu algılamak için gelişmiş projektör ve kamera teknolojisini kullanıyor. “Projektör ve iki kamera kalibre edildikten sonra, ilk adım olarak sanal beklenti görüntüleri oluşturulur. Ardından projektör, ilgili standart olan ISO/TS 15066'da belirtilen mesafe formülüne uygun olarak robotun ve alınacak bileşenin etrafına görünür bir ışık perdesi yansıtıyor. Fraunhofer IFF Robotik Sistemler departmanı başkanı Norbert Elkmann, bu ışık perdesinin bir güvenlik hattı görevi gördüğünü ve çalışanlar için insanların uzak durması gereken koruyucu alanı görselleştirdiğini belirtiyor. “Bir işçinin vücudunun herhangi bir kısmı hatla temas ederse, hat kesilir. Kameralar, görmeyi bekledikleri ile gerçek dünyadaki görüntü arasında bir tutarsızlık olduğunu fark ediyor. Duruma bağlı olarak robot hareketini hemen durdurur veya hızını yavaşlatır.”

Bilgisayar destekli güvenlik, HRC uygulamaları için planlama, risk değerlendirmesi ve güvenlik onayına yardımcı olur.

Görünür güvenlik hatları güveni artırır
PARU her zaman robotun mevcut durumunu göz önünde bulundurduğundan, güvenlik alanları makinenin hareketlerine göre dinamik olarak ayarlanır - bu da onu bilişsel robotikte kullanım için ideal hale getirir. “Teknolojimiz benzersiz. Başka hiçbir sistem insanlar ve robotlar arasında daha küçük bir mesafeye izin vermezken, geçerli standartlar tarafından belirlenen özelliklere uyuyor ve aynı zamanda bu kadar az alana ihtiyaç duyuyor. Bu mümkün çünkü kameralar ve sensörler sadece gövdeleri, kolları ve kafaları değil, parmakları bile tanıyor” diyor Elkmann. Bir başka avantajı da projeksiyonun çalışana robotun bir sonraki adımında nereye gideceğini göstererek makinelerle çalışmaya duyulan güveni daha da artırması. Ek olarak kodlanmış görünür güvenlik çizgileri, ortam aydınlatma açılarından ve koşullarından bağımsız olarak çalışır. Kameralar veya projektörler çalışmayı durdurursa, tüm sistem otomatik olarak kapatılır.

CAS: uyarlanabilir robot sistemleri için akıllı yazılım çözümleri
Fraunhofer IFF, automatica 2025'te ayrıca insan-robot işbirliği (HRC) uygulamalarını verimli, uygun maliyetli ve güvenli hale getiren bir dijital güvenlik çözümleri paketi olan bilgisayar destekli güvenliği (CAS) sunacak. Güvenli mesafelerin ve hızların verimli bir şekilde hesaplanması için ürüne hazır yazılım modülleri mevcuttur. Dijital asistanlar, risk değerlendirme ve güvenlik onayı süreçlerini desteklemekte ve özellikle yeni girenlerin AB'nin Makine Direktifi kapsamındaki tüm yükümlülüklere doğru ve verimli bir şekilde uymalarını kolaylaştırmaktadır. Çarpışma ölçüm özelliğinin aksine, güvenlik onay aracı tamamen dijital olarak çalışır. Robotun izin verilen maksimum hızını belirlemek için çarpışma kuvveti ve ağrı eşiği gibi parametreleri dikkate alır. Modüller isteğe bağlı olarak her türlü robot kontrolüne veya planlama amacıyla mevcut simülasyon ortamlarına dahil edilerek ekonomik spesifikasyonları geçerli güvenlik gereklilikleriyle tam olarak uyumlu hale getirebilir. Bu, planlama hatalarını önler ve mühendislik maliyetlerinden tasarruf sağlar.

CAS, güvenli HRC için yeni eşik sınırları ve diğer temel biyomekanik göstergeleri ortaya çıkaran, deneklerle yıllarca süren benzersiz testlerden toplanan verilere dayanarak geliştirilmiştir. Özel olarak tasarlanmış bir sarkaç üzerinde ayarlanan çarpışma ve sıkıştırma yükleri, 100'den fazla insan denek üzerinde yapılan testlerle ağrı eşiğini belirlemek için kullanıldı. Etik kurul ve Otto von Guericke Magdeburg Üniversitesi Travma Cerrahisi Bölümü, çalışmalar sırasında Fraunhofer IFF'yi destekledi.

Fraunhofer IFF'den araştırmacılar, yapay zeka kontrollü robotlarının, yeni PARU güvenlik teknolojisinin ve CAS yazılım modüllerinin pratikte nasıl çalıştığını (birlikte çalışma dahil) 24-27 Haziran 2025 tarihleri arasında automatica fuarında Salon A4'teki ortak Fraunhofer standında sergileyecekler.

Yazar:

M.A. Anita Fricke
Halkla İlişkiler ve İletişim Müdürü
Fraunhofer Fabrika İşletimi ve Otomasyon Enstitüsü IFF