SVH-5-Fingerhand, Bild: Schunk

Dank künstlicher Intelligenz ist es dieser SVH-5-Fingerhand von Schunk möglich, autonom entsprechende Greifstrategien zu entwickeln. Bild: Schunk

| von Michael Pyper, freier Autor für ke NEXT

Was bringt die Zukunft? Eine Antwort fällt in Zeiten von Corona noch schwerer als sonst. Das gilt auch für die Welt der Roboter. Fest steht: In Krisenzeiten leisten Roboter wertvolle Dienste, nicht nur in der Industrie – und nach Corona werden sie mehr denn je gebraucht. Mehr Klarheit erst im September erwartet Dr. Susanne Bieller, Generalsekretärin des in Deutschland beim VDMA-Fachverband Robotik + Automation angesiedelten IFR International Federation of Robotics.

Dennoch: „Wir sehen derzeit, welche hervorragende Flexibilität Industrieroboter bieten und wie wir das zum Wohl der Industrie, aber auch der Gesellschaft nutzen können.“ Mobile, kollaborative Roboter lassen sich als flexible Produktionshelfer einsetzen, um Abstandsregeln besser einzuhalten. Roboter unterstützen die Logistik, wenn e-Commerce die Rolle geschlossener Läden übernehmen muss. Und Roboter übernehmen Aufgaben in Krankenhäusern und medizinischen Labors.

Gestärkt aus der Krise

Fanuc-Roboter, Bild: Fanuc
Für Montageaufgaben oder Pick&Place-Applikationen geeignet: Der neue Leichtbauroboter CRX-10iA verfügt wie alle Fanuc-Roboter über ein integriertes Visionsystem. Bild: Fanuc

Einen grundsätzlich positiven Grundton schlagen auch einzelne Branchenvertreter an. Es könne nach Überwinden der Corona-Krise sogar noch schneller bergauf gehen. Der Grund: Die Rückverlagerung von Produktion nach Deutschland und Europa, um Abhängigkeiten zu verringern und flexibler auf akute Anforderungen reagieren zu können. Marco Unverzagt, Geschäftsführer von Hahn Robotics sagt: „Eine solche Entwicklung erfordert mehr Automationslösungen und insbesondere Roboter für eine effiziente und kostengünstige Fertigung. Nach der Krise erwarten wir einen großen Push in diese Richtung mit neuen Chancen für die deutschen Maschinenbauer.“ Stefan-Ziemba, Vertriebs- und Marketingleiter DACH bei IAI Industrieroboter, sieht das genauso: „Gerade die vielen Unterbrechungen der internationalen Lieferketten werden zu einem starken Anstieg bei Investitionen in die Automatisierung und Robotertechnik führen.“ Diese De-Globalisierung sei bereits jetzt zu spüren. Weshalb sich Zulieferbetriebe wieder in der näheren und nationalen Umgebung ansiedeln werden. „Und diese setzen noch stärker auf Automatisierung und Robotertechnik, um ihrerseits dem Preisdruck gerecht werden zu können.“

Zweiarm-Roboter YuMi, Bild: ABB
Bietet viele neue Automatisierungsmöglichkeiten: Dank außergewöhnlicher Funktionalitäten lässt sich der kollaborative Zweiarm-Roboter YuMi von ABB zum Beispiel bei der Kleinteilmontage einsetzen. Bild: ABB

Roboter sollen autonomer, selbstlernend oder selbstoptimierend werden. Dabei könnten maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz helfen. „Außerdem profitieren Anwender, weil ihre Roboter dann effizienter, zuverlässiger, flexibler und einfacher zu bedienen sind“, ist Jörg Reger, Leiter des Geschäftsbereichs Robotik & Fertigungsautomation bei ABB in Deutschland, überzeugt. So habe ABB erst kürzlich mit dem Startup Covariant eine KI-basierte Greifanwendung zur Auftragsabwicklung in Logistikzentren entwickelt, die bereits in einem E-Commerce-Fulfillment-Center in den Niederlanden im Einsatz sei. Skeptischer ist da Péter Fankhauser, CEO von Anybotics. Sein Unternehmen ist spezialisiert auf den Einsatz von Robotertechnik in der Wartung und Instandhaltung. „Auf YouTube schaut es immer so aus, als würde das alles funktionieren, aber Roboter sind immer noch sehr jung in ihrer Entwicklung.“ Erste konkrete Ansätze gibt es jedoch. Im Bereich Instandhaltung sammelten Roboter Daten mithilfe von Sensoren, Videotechnik und Mikrofonen. Mit einem mobilen Arm ließen sich in einem nächsten Schritt einfache Arbeiten wie das Öffnen von Schaltschranktüren oder das Drücken eines Knopfes realisieren. „Unsere Vision ist es jedoch, Roboter Reparaturen oder komplexere Arbeiten verrichten zu lassen.“

Mehr Sensorik für Roboter

Roboter Kuka, Bild: Kuka
Digitale Transformation der Robotertechnik: Kuka stärkt hierfür den Roboter als Bindeglied zwischen der IT- und der OT-Welt. Bild: Kuka

Ob mit oder ohne KI-Methoden, die Menge der Daten, die Roboter erzeugen, wird stark zunehmen. Sensorik und Vernetzung sind für Alexander Barth, Sales Manager Europe für Robotik bei Keba, zentrale Themen der weiteren Roboterentwicklung. „Neue Roboter und auch Werkzeuge werden mit wesentlich mehr Sensorik ausgestattet sein, um die Anforderungen aus der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit erfüllen zu können und Daten für künstlichen Intelligenzen zu liefern.“ Für Barth ist die bessere Nutzung der so gesammelten Informationen entscheidend. „Durch die Vernetzung von Sensoren im Roboter, sowohl mit dem Greifer als auch roboterübergreifend bis hin zum gesamten Produktionswerk, werden sich völlig neue Möglichkeiten ergeben.“ Gleichzeitig könnte die Robotersteuerung in ein Rechenzentrum oder eine Cloud wandern. Denn wo diese Software läuft, ist in Zeiten von Echtzeitübertragung relativ egal. „Das würde Vorteile für die Flexibilisierung von Produktionen und die Verfügbarkeit von Robotern bringen“, ist Barth überzeugt.

Service-Robotik, Bild: Pilz
Unter Service-Robotik versteht der Automatisierer Pilz die Kombination mehrerer Module wie den Manipulator, das Steuerungsmodul und das Bedienmodul. Bild: Pilz

Wie so etwas heute schon geschieht, erklärt Alois Buchstab, Vice President Advanced Robotic Applications von Kuka: „Ein mobiler Roboter verwendet Sensoren, um die Umgebung zu erfassen. Typischerweise wird er bei der Erstinstallation manuell durch die Werkshalle gesteuert, während die Sensoren die Umwelt aufzeichnen. Sind alle Daten gesammelt, erstellt das System eine virtuelle Karte des gesamten Werksbereichs.“ So angelernt, kann er anhand einer internen Karte und einer Live-Sensorik selbstständig durch eine sich verändernde Umgebung navigieren.

Cobots mit immer mehr Aufgaben

Ein Pionier der kollaborierenden Roboter ist das dänische Unternehmen Universal Robots. Geschäftsführer der deutschen Niederlassung ist Helmut Schmid. Er unterscheidet zunächst grundsätzlich zwischen kollaborierenden Robotern, die den Menschen bei der Arbeit unterstützenden Cobots, und herkömmlichen Industrieroboter, die menschliche Arbeitskraft ersetzen. „Wo Cobots Allrounder sind und unterschiedliche Funktionen erfüllen können, sind Industrieroboter Spezialisten, die eine ganz bestimmte Ausführungsweise, Geschwindigkeit oder Kraft erfordern.“ Allerdings dringen die Cobots in immer neue Anwendungsbereiche vor. Des Cobots größter Vorteil ist gleichzeitig sein gravierendster Nachteil, wie Volker Spanier Leiter Robotics Solutions von Epson anmerkt: „Aus Sicherheitsgründen laufen diese Maschinen bei Weitem nicht so schnell, wie sie es aufgrund ihrer Leistung eigentlich könnten.“ Deshalb erwartet Spanier in Zukunft eine Mischung vieler schnell laufender Roboter und weniger Cobots. „Die traditionellen Roboter sorgen für den Durchsatz, die Cobots für die Erledigung der Spezialaufgaben.“ Einfach das Beste aus beiden Welten miteinander verbinden, empfiehlt Meinhard Lutsch, Produktmanager Paint Robots beim Lackierexperten Dürr Systems: „Für den Maschinen- und Anlagenbau bieten sich vor allem Hybridroboter an, die das Einsatzfeld deutlich erweitern, weil sie situationsabhängig arbeiten: eingeschränkte Leistung, wenn ein Mensch im Arbeitsbereich ist, volle Leistung, wenn kein Sicherheitsrisiko besteht.“

Diesen Ansatz verfolgt auch Yaskawa, wie Richard Tontsch, Marketingleiter bei der europäischen Robotics Division beschreibt: „Unsere kollaborativen Roboter sind gleichzeitig vollwertige Industrieroboter.“ Im kollaborativen Betrieb arbeite ein solcher Roboter mit entsprechender Sicherheit. Hat der Mensch den Gefahrenbereich verlassen, wechsele der Roboter in den hochproduktiven industriellen Betrieb. Dabei schaffen die Yaskawa-Roboter Traglasten bis zu 20 Kilogramm und Reichweiten bis zu 1,7 Metern. Auch bei Fanuc verfügen alle kollaborativen Roboter über einen industriellen Modus mit höheren Verfahrgeschwindigkeiten. Allerdings vermutet Marketingleiter Nils Tersteegen, dass kollaborative Roboter, die heute noch die Ausnahme bildeten, in Zukunft der Normalfall sein werden. „In der Praxis zeigt sich, dass sie mehr und mehr in Bereichen eingesetzt werden, in denen es vorher keine Roboter gab.“ Sie eroberten neue Einsatzorte, die häufig außerhalb der fertigenden Industrie liegen, beispielsweise im Handwerk.

Intuitiv und intelligent

Fließende Übergänge auch zu den fahrerlosen Transportsystemen sieht Harald Dickertmann, Executive Vice President Sales beim Greiferspezialisten Schunk: „Neben weiter zunehmenden klassischen Industrierobotern und der Vollautomation der Serienfertigung, werden sich kleine, wandlungsfähige Roboter und Manipulatoren etablieren.“ Zwei Trends zeichneten sich ab: Simplifizierung der Robotik mit intuitiver Bedienung sowie intelligente Lösungen und Funktionsintegration mit wachsenden Anforderungen an Sensorik und Intelligenz der Greifsysteme. Beiden gemeinsam sei die Integration von mehr Funktionalität in die Komponente. Auf mobilere Roboter setzt Omron, wie Peter Langer, Business Development Manager Robotics in Europa, erklärt: „Die Kombination von Cobots mit mobilen Robotern bietet derzeit ein großes Potenzial, zum Beispiel in Form des mobilen Manipulators.“ Ein solcher, kurz MoMa genannt, besteht aus einer mobilen Roboterbasis und einem kollaborativen Roboterarm, kombiniert mit einer integrierten Bildverarbeitung. Noch einen weiteren Trend beobachtet Dr. Manuel Schön, Produktmanager Controller beim Automatisierungsspezialisten Pilz: modulare Leichtbauroboter. „Mit ihrer Hilfe können Anwendungen flexibler gestaltet werden, was auch in Programmierkonzepten sichtbar wird: Prozesse werden sich künftig intuitiv parametrieren lassen – wie von Smartphones gewohnt.“ 

ke NEXT hakt nach

Dr. Mohamad Bdiwi, Bild: Pyper
Dr. Mohamad Bdiwi

Drei Fragen an drei Forscher

ke NEXT wollte mehr wissen und hat deshallb drei Forscher zu drei zentralen Themen der industriellen Robotertechnik befragt: Dr. Mohamad Bdiwi, Abteilungsleiter Robotertechnik am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz; Dr. Christian Henke, Abteilungsleiter Scientific Automation am Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik (IEM) in Paderborn und Dr. Werner Kraus, Leiter Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart.

Herr Dr. Bdiwi, wie sehen Ihrer Meinung nach die Roboter der Zukunft speziell für den Maschinen- und Anlagenbau aus?

Der Bedarf an Robotern in der Produktion wird weiter stark steigen. Eine Produktionslinie ohne Roboter wird man sich bald kaum noch vorstellen können. In der Logistik sind es autonome, fahrerlose Transportsystem (FTS), in der Fertigung ist es die automatische Bestückung von Maschinenanlagen oder die Erledigung von Montageaufgaben. Roboter dringen tiefer, umfassender in die Produktion vor und ihre Aufgaben werden komplexer. KI-Lösungsansätze werden die Fähigkeiten der Roboter noch einmal enorm steigern. Ich erwarte größere Sprünge, insbesondere bei prozessbezogenen Funktionen wie Bauteilidentifikationen oder Qualitätsüberwachung.

Dr. Christian Henke, Bild: Pyper
Dr. Christian Henke

Herr Dr. Henke, bleiben Cobots eine Roboterspezialität oder werden die Übergänge zu klassischen Industrierobotern fließend?

Der Markt für kollaborative Roboter entwickelt sich enorm. Aktuell gibt es aber nur wenige Systeme, die die Anforderungen hinsichtlich der erforderlichen Kraft-Leistungsbegrenzung erfüllen. Flexible Systeme für kleine Losgrößen, die sich einfach an neue Umgebungsbedingungen, Produkte und Aufgaben anpassen lassen, gewinnen immer mehr an Bedeutung. Kollaborative Roboter für große, schwere Bauteile gibt es noch nicht. Hier sind eher Lösungen zur Kooperation zwischen Mensch und Roboter zu finden, die auf dynamische Sicherheitsbereiche abzielen. Es wird aktuell an individuellen Lösungen gearbeitet, um eine bessere Interaktion zu ermöglichen.“

Dr. Werner Kraus, Bild: Pyper
Dr. Werner Kraus

Herr Dr. Kraus, welche Trends und Fortschritte gibt es bei den Roboterarmen und Greifersystemen?

Der Greifer ist meines Erachtens noch immer ein Flaschenhals in der Automatisierung mit Robotern. Es gibt schlichtweg kein Pendant zur menschlichen Hand, das technisch gut und auch noch wirtschaftlich ist. Hier sind wir jetzt auch an der Grenze der Physik angelangt, denn ein Greifer muss in der Größenordnung von mehreren zehn Millionen Zyklen durchhalten. Da ist die Dauerfestigkeit entscheidend. Einen Greifer zu bauen, der so flexibel ist wie die menschliche Hand und der zehn bis 20 Jahre im 24/7-Betrieb hält – das ist tatsächlich für die Mechanik die größte Hürde.

Die Fragen stellte Michael Pyper für ke NEXT

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