SmartDis: Smarte Demontage mit einem wissensbasierten Automatisierungssystem

Die zunehmende Nutzung von Elektronikprodukten führt zu einem wachsenden Berg an Elektroschrott auf globaler Ebene. Die Demontage eines Produkts in seine einzelnen Bestandteile gilt als einer der wichtigsten Recyclingprozesse für den Umgang mit Elektro- und Elektronik-Altgeräten. Die derzeitigen Demontageprozesse werden jedoch hauptsächlich manuell durchgeführt, da der Zustand der angelieferten Produkte, die beschädigte oder sogar fehlende Teile aufweisen können, nicht vorhersehbar ist und eine Vielzahl von Produktvarianten in kleinen Losgrößen vorliegt.

Das Forschungsprojekt SmartDis konzentriert sich auf die Entwicklung eines wissensbasierten, hochgradig autonomen, kollaborativen Robotersystems, das in der Lage ist, zerstörungsfreie und zerstörende Demontagetechniken zu kombinieren, um potenzielle Prozessunsicherheiten zu bewältigen. Die Symbiose von Roboter- und menschlichen Fähigkeiten erhöht dabei die Flexibilität dieser Art von Demontagesystemen. Die Kernkomponenten des Systems sind die Entscheidungsfindungskomponente, das Bildverarbeitungssystem, der Digitale Zwilling und die Ausführungskomponente, wobei letztere für die Ausführung der Operationen zuständig ist. Die Entscheidungsfindungskomponente steuert den Demontageprozess und bringt das System schrittweise vom Ausgangszustand in den Zielzustand (zerlegtes Produkt). Sie weist die Demontagevorgänge dem Menschen oder dem Roboter unter Berücksichtigung von Zeit und Kosten zu, aber sie kann auch eine neue Demontagestrategie erstellen, wenn dies erforderlich ist. Der Schwerpunkt des Bildverarbeitungssystems liegt auf der Lokalisierung und Identifizierung bestimmter Komponenten des Produkts. Um schließlich die Interaktion zwischen Mensch und Roboter zu unterstützen, werden der Systemstatus und die Sensorinformationen durch einen Digitalen Zwilling dargestellt, mit dem der Mensch das Robotersystem überwachen und unterstützen kann, insbesondere für den Fall, dass der Roboter bestimmte Aufgaben nicht selbständig erledigen kann. Die Anwendbarkeit des Systems wird anhand eines Anwendungsfalls demonstriert, der sich auf die Demontage von Antennenverstärkern konzentriert.

Der Schlüssel zu einem effizienten Recycling liegt in der Zerlegung der Produkte, welche die Entfernung bestimmter Produktteile oder die Trennung der Materialien ermöglicht, um die recycelten Ressourcen zu maximieren und das Verschmutzungspotenzial und die Menge der verbleibenden Produktteile zu minimieren. Mit dem SmartDis-Ansatz wird es möglich, Komponenten der zu recycelten Produkte schneller und einfacher zu demontieren und somit mehr Gewinn aus den Recyclingprozessen zu ziehen. Diese Art von Ansatz bietet den Vorteil, dass die Komponenten mit hoher Integrität und Reinheit getrennt werden können, was eine höhere Rückgewinnungsrate in den Recyclingprozessen ermöglicht. Schließlich wird unser Ansatz eine stärkere Automatisierung der Recyclingprozesse ermöglichen, was dazu führen kann, dass in Zukunft größere Teile von Elektro- und Elektronikaltgeräten entsprechend recycelt werden können.

SmartDis nutzt die neuesten Errungenschaften in der Bildverarbeitung und der Steuerung von Industrierobotern, um mehr Automatisierung, bessere Datenintegration, höhere Flexibilität und somit effizientere Demontageprozesse zu erreichen. In diesem Projekt verwenden wir ein ontologiebasiertes Produktmodell, um ein Produkt, die Planungsprozesse für die Demontage und die erforderliche Demontageanlage miteinander zu verbinden.

Unser Ansatz nutzt ein aufgenommenes Bild des Produkts, um Rückschlüsse auf dessen Merkmale und Teile zu ziehen, und kombiniert die extrahierten Informationen mit dem ontologiebasierten Produktmodell. So werden die Teile erkannt und deren Positionen und Ausrichtungen sowie die Pfadplanung festgelegt. Darüber hinaus kann die Entscheidungsfindungskomponente des Robotersystems anhand der erkannten Teile die erforderlichen Demontageinformationen extrahieren und schlussfolgern, wie ein Produkt demontiert werden sollte und auf welche Weise seine Teile nacheinander entfernt werden müssen. Diese Mechanismen sind gut geeignet, um Flexibilität bei der Demontage zu erreichen, aber auch für Produktionssysteme vorteilhaft, die kleine Losgrößen bis 1 erreichen sollen.

Wir sorgen für mehr Flexibilität, indem wir die für die Demontage von Produkten erforderlichen Ressourcen im Hinblick auf die erforderliche Zeit und das Fachwissen für die Konfiguration und Programmierung verringern. SmartDis wird auch Grundlagen für den Einsatz intelligenter Automatisierung in Bereichen schaffen, in denen es bisher nicht sinnvoll war, diese zu automatisieren.

Konsortialführung

• Practical Robotics Institute Austria (PRIA)

Weitere Konsortialpartner

• Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, Karlsruher Institut für Technologie
• Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, Technische Universität Wien
• AUGUSTA Buntmetalle GmbH
• Ing. Eric Dokulil e.U.
• Boxx IT Solutions GmbH
• Reichmann SPS – Service GmbH