Rolf Dietz von Dietz Sensortechnik Rolf Dietz von Dietz Sensortechnik über die wichtigsten Robotik-Trends der kommenden Jahre

© panuwat/Adobe Stock
Die industrielle Fertigung gehört zu den Wirtschaftszweigen, in denen sich die Entwicklung neuer Technologien am stärksten niederschlägt. Das gilt vor allem für den Bereich Robotik, der die Automatisierung von Fertigungsaufgaben immer wieder um neue Impulse bereichert. Welche Potenziale autonom agierende Maschinen im Bereich Prozessoptimierung eröffnen und welche Anwendungsmöglichkeiten Robotik-Trends wie Mensch-Roboter-Kollaborationen der Industrie bieten, erklärt Rolf Dietz von Dietz Sensortechnik in diesem Beitrag.

Autonome mobile Roboter – mehr Flexibilität in der Logistik

Zu den wichtigsten Trends gehören autonome mobile Roboter (AMR). Dabei handelt es sich um Maschinen, die nicht nur selbstständig Aufgaben übernehmen, sondern sich auch ohne menschliche Lenkung zielgerichtet bewegen können. Aktuell kommen sie vor allem in der Logistik zum Einsatz.

Hier übernehmen sie zum Beispiel die Funktion von automatisch folgenden Kommissionierwagen. Der Nutzer muss die Produkte nur noch aus den Regalen nehmen und sie dem Roboter übergeben. Dieser transportiert sie im Anschluss selbstständig in den Verpackungsbereich. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind mobile Sortierroboter, die Pakete selbstständig klassifizieren und den entsprechenden Ausgabezeilen zuordnen.

Neben einer softwarebasierten Steuerungseinheit und präzisen Aktoren gehören leistungsstarke interne und externe Sensoren zu den wichtigsten Bauelementen mobiler Roboter. Interne Sensoren wie Spannungsmessgeräte, Kilometerzähler, Funk-Empfänger und Thermometer für überhitzte Bauteile liefern der Steuerungssoftware Daten über den Zustand des Roboters. Externe Sensoren übermitteln Informationen über seine physische Umwelt. Hierzu zählen Angaben über die Lage, Ausdehnung und Form von Objekten. Die zielgerichtete Bewegung und Interpretation der Umgebung schließlich wird durch integrierte digitale Pläne ermöglicht.

Zu den wesentlichen Vorteilen der AMR-Technologie zählt ihre schnelle Implementierung. Die zu fahrenden Strecken müssen nicht vorab festgelegt werden. Mittels künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen ist der Roboter in der Lage, selbst Entscheidungen zu treffen und sich an neue Situationen anzupassen. Hinzu kommen eine ausgeprägte Konnektivität und Flexibilität. AMR sind in die übrigen Lagersysteme integriert und können als zusätzliche Datenquelle genutzt werden. Das ermöglicht wiederum eine Verschlankung von Prozessen und eine deutliche Kostenreduktion.

Zum Thema

Mensch-Roboter-Kollaboration – Reduktion von Schutzzäunen

Ein weiterer wichtiger Trend in der Robotik ist die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Indem das Know-how von erfahrenen Mitarbeitern mit der Präzision und Effizienz von Maschinen kombiniert wird, sinkt die Belastung für Werkteams, steigt der Automatisierungsgrad und erhöht sich die Produktivität. Diese wird vor allem durch die Reduktion von unflexiblen Schutzzäunen erreicht, die noch in vielen Fertigungsanlagen mit einer ökonomischen Flächennutzung konfligieren.

Je nach Umfang der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit unterscheidet man drei Formen:

1. Koexistenz

Bei der einfachsten Form sind Mensch und Roboter ohne Schutzzaun in benachbarten Bereichen tätig, teilen sich aber keinen Arbeitsraum und übernehmen unabhängig voneinander verschiedene Aufgaben. Typische Anwendungsbereiche sind die Übergabe von Teilen zwischen Roboter und Mitarbeiter und die separate Fertigung unterschiedlich komplexer Baugruppen.

2. Kooperation

Bei dieser Form der Zusammenarbeit teilen sich Mensch und Roboter denselben Arbeitsraum und erledigen Aufgaben schrittweise nacheinander. Zum Beispiel kann ein Roboter feinfühlige Montagearbeiten übernehmen, Gummipfropfen einsetzen oder anstrengende monotone Aufgaben wie Über-Kopf-Arbeiten für den Mitarbeiter durchführen, der im Anschluss die weitere Montage übernimmt.

3. Kollaboration

Bei der eigentlichen Kollaboration handelt es sich um die anspruchsvollste Art der Zusammenarbeit. Mensch und Roboter interagieren dabei im selben Arbeitsraum unmittelbar miteinander. Zum Beispiel kann der Roboter dem Mitarbeiter ein Bauteil reichen oder beide führen gleichzeitig verschiedene Arbeiten an derselben Baugruppe aus.

Aktuell werden Kollaborationssysteme (Cobots) vor allem in Form von Koexistenz und Kooperation eingesetzt. Eine tatsächliche Kollaboration stellt sehr große Anforderungen an Fingerfertigkeit, Reaktionsfähigkeit und Flexibilität. Entsprechend geht die Entwicklung hin zu immer schnelleren Prozessoren und immer präziseren und intelligenteren Sensorsystemen. Dies ist vor allem unter dem Sicherheitsaspekt relevant. Stoßen Cobots beispielsweise auf ein Hindernis wie den Arm eines Technikers, können sie einfach ausweichen oder die Bewegung abbrechen.

Programmieren durch Vormachen

Ein wesentlicher Vorteil, den Menschen gegenüber herkömmlichen Maschinen haben, ist der, dass sie durch Beobachtung vergleichsweise schnell lernen können. Maschinen hingegen mussten bislang aufwendig programmiert werden, um die geforderten Aufgaben übernehmen zu können.

Traditionell werden Roboter online durch das Lehren einzelner Punkte und Bahnen oder offline mittels Simulationssoftware programmiert. Das ist nicht nur sehr zeitintensiv, es erfordert auch umfangreiche Programmierkenntnisse und Erfahrung.

Eine Alternative hierzu stellt die Programmierung mittels eines Kraft-Momenten-Sensors dar. Dabei führt der Bediener einen mehrachsigen Arm im Teach-Betrieb eine gewünschte Bahn entlang, wobei die ausgeübten Kräfte und Momente ebenso wie die Koordinaten der Bahnpunkte gespeichert werden.

Wesentliche Vorteile der Technologie bestehen in der intuitiven Bedienung durch Werk- und Anlagenführer, der Reduktion von Fehlern und der deutlich gesteigerten Ökonomie.

Roboter-Betriebssysteme – Vereinfachung und Effizienzsteigerung


In Branchenkreisen geht man davon aus, dass in den kommenden zehn Jahren immer mehr Menschen mit Robotern arbeiten werden. Entsprechend wichtig wird es sein, dass jedem von ihnen ein unkomplizierter Zugang zu der Technologie ermöglicht wird. Aus diesem Grund arbeiten bereits einige Unternehmen an Roboter-Betriebssystemen, die Anwendern eine einfache Bedienung und eine bedarfsgerechte Nutzung von Automatisierungslösungen ermöglichen, die bisher nur Experten offenstanden.

Ein wesentlicher Treiber dieser Entwicklung ist die zunehmende Anwendungsbreite von Robotern. Sie kommen längst nicht mehr nur in der industriellen Fertigung, sondern zum Beispiel auch in der Logistik und im Healthcare-Bereich zum Einsatz. Es ist also davon auszugehen, dass sich Roboter immer stärker weg von isolierten Einzellösungen hin zu schnittstellenbasierten Gesamtsystemen entwickeln, die Services, Apps und Zubehör integrieren und auf diese Weise völlig neue Potenziale erschließen. Die Zukunft verspricht, spannend zu bleiben.

Über Dietz Sensortechnik