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Sprachassistent trifft Roboter

Projektteam mit Masterstudent Karsten Siedentopp, Prof. Dr. Rolf Krieger, Prof. Dr. Wolfgang Gerke und Doktorand Jan Jungbluth (von links)

In einer interdisziplinären Projektarbeit am Institut für Softwaresysteme hat der Masterstudent Karsten Siedentopp im Bereich Wirtschaftsinformatik unter der Leitung von Prof. Rolf Krieger den Einsatz von Sprachassistenten zur Ansteuerung von Industrierobotern untersucht. Mit der Robotix-Academy am Umwelt-Campus Birkenfeld stand hierfür ein hervorragendes Umfeld bereit. Die Robotix-Academy wird an der Hochschule Trier durch  Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Gerke vertreten. Der grenzüberschreitende Forschungscluster für industrielle Robotik und Mensch-Roboter Kollaboration wird durch die Europäische Union (EFRE) im Interreg V –Programm gefördert. Mit zum Projektteam gehörte der Doktorand Jan Jungbluth, der die Kollaboration zwischen Menschen und Roboter im industriellen Umfeld an der Robotix Academy untersucht.

Die Problemstellung ist schnell beschrieben: Derzeit gibt es eine Fülle an unterschiedlichen Sprachassistenten, z.B. Alexa, Siri, Google etc. Alle diese Systeme haben eins gemeinsam, sie sollen die Mensch-Maschine-Interaktion im häuslichen Bereich vereinfachen. Eine Interaktion mittels Maus, Tastatur und Bildschirm ist oft nicht natürlich. Eine Spracheingabe ist in vielen Fällen viel naheliegender und effizienter. Dies erklärt den Erfolg der Systeme. Über einfache Befehle wie beispielsweise   „Schalte das Licht im Wohnzimmer an!“ können eine Vielzahl von Haushaltsgeräten über Sprache angesteuert werden. Die Sprachassistenten bilden einen zentralen Baustein in Smart Home-Szenarien. Die spannende Frage war nun anhand eines Prototyps zu untersuchen, inwieweit über diese Assistenten auch Industrieroboter angesteuert werden können, um beispielsweise innovative Mensch-Roboter Kollaborationen unterstützen zu können.

Für die Erstellung des Prototyps wurde Alexa Echo Dot von Amazon als Sprachassistent und der Leichtbauroboter KUKA LBR iiwa ausgewählt. Der Roboter wurde von dem Unternehmen KUKA speziell für Mensch-Roboter-Kollaborationen entwickelt. Die Abkürzung iiwa steht für Intelligent Industrial Work Assistent. Ziel ist es, neuartige Produktionsprozesse zu unterstützen, in denen Menschen und Roboter in enger Zusammenarbeit hochsensible Aufgaben lösen. Zentrale Merkmale des von dem Unternehmen KUKA vertriebenen Produkts sind seine Reaktionsschnelligkeit, Feinfühligkeit und Lernfähigkeit. Er bietet die Möglichkeit komplexe Montageprozesse in einem industriellen Umfeld auszuführen.

Wesentliche Aufgabe war es nun über den Sprachassistent Alexa, der vornehmlich in Smart Home – Szenarien zum Einsatz kommt, den Roboter KUKA LBR iiwa anzusteuern. Die zentrale Frage lautete:

Wie verstehen sich Alexa und iiwa?

In der ersten Projektphase wurde das Systemumfeld von Alexa mit den dazugehörenden Komponenten analysiert. Betrachtet wurden hierbei die Funktionsweise von Alexa, das Alexa Skill Kit, Amazon Web Services (AWS), AWS Lambda und AWS IoT. In der zweiten Phase wurde dann mit Unterstützung des Doktoranden Jan Jungbluth die Ansteuerung des Roboters analysiert. Dank seiner Vorarbeiten war es möglich den Roboter über das MQTT-Protokoll mit sehr einfachen Befehlen anzusteuern. Aufgrund technischer Rahmenbedingungen ist es notwendig, die Kommunikation zwischen Alexa und iiwa über einen Raspberry Pi, einen Einplatinencomputer, zu führen. Für die Ansteuerung ist es zudem notwendig, einen digitalen Zwilling über das AWS IoT Device Management zu realisieren, der kontinuierlich den aktuellen Zustand des Roboters beschreibt.

Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde der Prototyp umgesetzt und ein Alexa Skill entwickelt. Ein Skill stellt eine ausführbare Anwendung für den Sprachassistenten dar und bietet einem Nutzer die Möglichkeit über gesprochene Anweisungen (Intents) bestimmte Aktionen des Roboters auszuführen. Für den Prototyp wurden sechs verschiedene Anweisungen umgesetzt. Will man den Roboter in seine Grundposition bringen, genügt der gesprochene Befehl „Fahre in die Grundposition.“ Der Roboter bewegt sich aus der augenblicklichen Position in seine Grundposition und wartet auf weitere Befehle. Ein etwas komplexerer Sprachbefehl ist die Anweisung, über die der Roboter einen Schraubenschlüssel reichen soll. Die Anweisung lautet hierzu „Gib mir einen 18’er Schraubenschlüssel.“ Der Roboter greift dann nach dem spezifizierten (18’er) Schlüssel und reicht diesen dem Nutzer. Weitere Anweisungen beziehen sich auf die Positionierung des Roboterarms, das Öffnen des Greifers oder das Abfragen von Statusinformationen. Über das Projekt wurden Schwächen und Stärken der Sprachassistenten in einem industriellen Umfeld identifiziert. Das Potenzial der Sprachassistenten wurde deutlich. So kann der Mensch in kollaborativen Arbeitsprozessen dem Roboter Anweisungen geben und mit seinen Händen weiter Montagearbeiten ausführen. Das Projekt hat aber auch gezeigt, wie wichtig die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Maschinenbau und Informatik in Digitalisierungsprojekten im industriellen Umfeld ist.

Ein Demonstrationsvideo des Projektes finden Sie Opens external link in new windowhier.

Call for Chapters

Prof. Guido Dartmann editiert rund um das Thema Opens external link in new windowSmart Cities eine ELSEVIER Collection. Hierzu gibt es einen Call for Chapters.
Nähere Informationen finden Sie Opens external link in new windowhier.

Call for Papers

Auf der diesjährigen International Conference on E-Health Networking wird Prof. Guido Dartmann gemeinsam mit weiteren Kollegen einen Workshop zum Thema Cyber-Medical Systems halten. Weitere Informationen zu dem Workshop und den Abgabefristen für das Paper finden Sie Opens external link in new windowhier.

IoT Werkstatt in der Staatskanzlei in Mainz

Am 20.02.2018 laden wir zur 1. Innovationswerkstatt Rheinland-Pfalz in der Staatskanzlei in Mainz ein.

Die Innovationswerkstatt bietet den Teilnehmerinnen und Teilnehmern die einmalige Gelegenheit, den Umgang mit dem Internet der Dinge – die Basis der Digitalisierung unserer Wirtschaft - verteilten Systemen und Methoden des maschinellen Lernens spielerisch zu erforschen. Durch das Format mit seiner kompakten Durchführung, dem Fokus auf kreative Ideen und deren schneller Umsetzung wird der Zugang zu Werkzeugen, Technologie und Kreativitätsmethoden leichtgemacht.

Mehr Informationen finden Sie Opens external link in new windowhier.

3. Summer School

Foto: Landesforsten RLP, Bernd Lischke

In Zusammenarbeit mit dem Nationalpark Hunsrück-Hochwald findet am Umwelt-Campus Birkenfeld die dritte Summer School mit dem Thema „Summer School: IT-Fundamentals of National Park Monitoring“ statt. Vom 26. August bis 2. September 2018 sind interessierte Studierende aus den Bereichen Agrarwissenschaften, Umweltmanagement, Informatik oder Ingenieurswesen herzlich eingeladen eine spannende Woche am Campus zu verbringen.

 

Weitere Informationen finden Sie Opens internal link in current windowhier.

Kick-off Treffen MINTcoach

Am 19.07.2017 startete das Projekt MINTcoach mit dem Kick-off Meeting, an dem die interessierten Teilnehmerinnen und Teilnehmer viele konstruktive Beiträge einbrachten. Sowohl die softwaretechnischen Aspekte der Umsetzung, als auch die Inhalte der Interventionen, generdidaktische und psychologische Ansätze und Konzepte wurden vorgestellt und diskutiert.
Das Projektteam bedankt sich herzlich bei den Anwesenden für den Input und startet nun von diesem guten Ausgangspunkt in die Entwicklung.

IoT-Werkstatt auf der CeBIT

Vom 20.03. -24.03.2017 präsentieren wir die IoT-Werkstatt auf der CeBIT 2017 am Gemeinschaftsstand Rheinland-Pfalz.

Die IoT-Werkstatt ein Konzept zur Ausbildung im Bereich Internet der Dinge Hochschule Trier und die Expertengruppe IoT/M2M des Nationalen IT-Gipfels Das Herz der Zukunft schlägt im Algorithmus, d.h. nur wer die Sprache digitaler Systeme versteht, kann die Zukunft gestalten und sich vor Manipulationen schützen. Der zukünftige Arbeitsmarkt erfordert dringend entsprechende Kompetenzen für alle Schüler. Gemeinsam mit der Expertengruppe IoT/M2M des Nationalen IT-Gipfels hat die Hochschule Trier ein Konzept zur Vermittlung entsprechender Kompetenzen erarbeitet und die Umsetzung mit 175 Schülern und Lehrern der Oberstufe erfolgreich demonstriert. 38 Schulteams aus 23 Schulen haben bei zwei Hackathon-Veranstaltungen am Umwelt-Campus der Hochschule Trier und an der htw saar eigene IoT-Anwendungen exemplarisch umgesetzt Das Internet der Dinge ist nicht nur Basis für Industrie 4.0 und damit Grundlage der zukünftigen Arbeitswelt, sondern schafft neue kreative Ideen auch in der Ausbildung. Kern des vorgestellten Werkstatt-Konzepts ist eine offene Plattform auf der Basis des ESP8266 Mikrocontrollers und dem Arduino-Ökosystem. Open Source hebt Synergien im föderalistischen System, senkt Kosten, ermöglicht Crowd-Learning und bindet existierende Maker-Szene ein. Deutschland braucht Macher, die kreative Ideen zukünftig schnell umsetzen. Dazu könnten regionale IoTKompetenzzentren das Internet der Dinge sofort an die Schulen bringen.

Zweite Summer School: IT-Fundamentals of National Park Monitoring

Nach der erfolgreichen Summer School im September 2016 findet vom 27. August bis zum 3. September 2017 die zweite Summer School mit dem Thema "IT Fundamentals of National Park Monitoring” in Zusammenarbeit mit dem Nationalpark Hunsrück-Hochwald am Umwelt-Campus Birkenfeld statt. Interessierte Studierende aus den Bereichen Agrarwissenschaften, Umweltmanagement, Informatik oder Ingenieurswesen können sich bis zum 15. April 2017 anmelden.

Mehr Informationen finden sie Opens internal link in new windowhier.

Hackathon 2016 - "Das Internet der Dinge anfassbar machen"

Am 16./17. November findet in Saarbrücken der Nationale IT-Gipfel 2016 statt. Auf dieser jährlichen, an wechselnden Orten stattfindenden Veranstaltung treffen sich die Spitzenvertreter aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft. 

Der Umwelt-Campus ist neben der HTW in Saarbrücken einer der beiden Austragungsorte für einen von der Industrie unterstützten Schüler-Hackathon zum Thema IoT. Je 10 Schülergruppen aus RLP und dem Saarland werden am 16.11.16 gemeinsam kreative Anwendungen für das "Internet der Dinge IoT" entwickeln und die Ergebnisse am nächsten Tag der Politik präsentieren.

Jede teilnehmende Schule erhält im Nachgang einen Klassensatz an IoT Kits (Arduino, ESP8266 + Sensorik).

Weitere Informationen finden sie Opens external link in new windowhier.

Neuer Professor für Verteilte Systeme

Mit der Neubesetzung der Professur Verteilte Systeme ab Februar 2016 durch Professor Dr.-Ing. Guido Dartmann kommt frischer Wind in die Informatik und das Institut für Softwaresysteme. Prof. Dartmanns Arbeits- und Forschungsgebiete sind u.a. verteilte Systeme und das Internet der Dinge, Privacy und Security für Sensor-Netze, Kommunikationsaspekte cyber-physischer Systeme sowie die mathematische Optimierung von verteilten Systemen. Seine wissenschaftliche Ausbildung erhielt Professor Dartmann an der RWTH Aachen, an der er weiterhin als Gastdozent tätig ist und seine Forschung in verschiedenen Opens external link in new windowProjekten, wie zum Beispiel Phoenix, fortführt.

 „Ich möchte mich im anwendungsnahen Themengebiet  Internet-der-Dinge  vertiefen.  Ich schätze hierbei insbesondere den Bezug zur Nachhaltigkeit  und Umweltschutz  am  Umwelt-Campus.“ so Professor Dartmann über seine Entscheidung zum Umwelt-Campus Birkenfeld zu kommen „ Ein weiterer Aspekt, der mich reizte  ist  die  enge  Interaktion  mit  den  Studierenden und mittelständischen Unternehmen in Projekten, in denen anwendungsnahe Forschung möglich ist.“

Kontakt

Adresse
Institut für Softwaresysteme in Wirtschaft, Umwelt und Verwaltung
Campusallee, Gebäude 9925
55768 Hoppstädten-Weiersbach

E-Mail
iss@umwelt-campus.de

Zentraler Ansprechpartner
Eva-Maria Müller, B. Sc.
Forschungskoordination

Tel: 06782 17 1927
Mail: e.mueller@umwelt-campus.de
Gebäude 9925, Raum 132