Roboter Ohne Cobots keine flexiblen Produktionsabläufe

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International steht „made in Germany” für Qualität, Präzision und Effizienz. Damit das so bleibt, brauchen Unternehmen konstante Innovationen. Ein immer wichtigerer Baustein dabei sind Cobots.

Während große Fertigungsroboter seit Jahrzehnten die industrielle Produktion prägen, sind Cobots noch eine relativ neue Entwicklung. Nicht zuletzt dank der rasanten technischen Weiterentwicklung gewinnen sie seit den letzten Jahren aber zunehmend an Bedeutung.

Die Gründe liegen auf der Hand, denn die kollaborativen Roboter sind klein, leicht und mit Preisen von ungefähr 20.000 Euro verhältnismäßig günstig. Darüber hinaus lassen sie sich ohne größere Umbauten in bestehende Produktionsstraßen integrieren und können dort im Wortsinn „Hand in Hand“ mit dem Menschen zusammenarbeiten sowie dem Menschen monotone und ermüdende Aufgaben abnehmen. Ein typisches Beispiel ist das „Pick and place“ unter anderem in der Fertigung von Elektronikgeräten. In der Zukunft werden die Cobots aber noch wesentlich mehr können. Auf dem Weg dorthin gilt es aber, noch einige Hürden aus dem Weg zu räumen.

Cobots in einem idealen Szenario

In einem idealen Szenario werden Cobots zukünftig ähnlich flexibel agieren können wie der Mensch. Das heißt, sie werden sich frei bewegen, Aufgaben selbstständig erkennen und mit der Zeit lernen, sie auszuführen. Noch sind wir davon aber ein gutes Stück entfernt. Die aktuelle Generation von Cobots muss noch sehr traditionell für jede Anforderung programmiert werden. Ändert sich also das Einsatzgebiet, muss der Roboter speziell für diesen Bereich wieder neu programmiert werden. Der Weg, das zu ändern, führt über die Kombination zweier Technologiekomponenten: Sensorik und KI.

Modernste Roboter setzen auf Sensoren

Die Grundlage dafür, Roboter mit deutlich größerer Autonomie agieren zu lassen, ist die Fähigkeit, ihre Umgebung möglichst genau zu erfassen. Modernste Robotermodelle setzen dazu auf eine Kombination verschiedener Sensoren. Eine zentrale Rolle spielen dabei Kraft-Momenten-Sensoren, die die wirkenden Kräfte, zum Beispiel beim Greifen, sehr genau messen und es dem Roboter ermöglichen, entsprechend zu reagieren. Durch den Einsatz solcher Sensoren werden Roboter „feinfühlig“. Das ermöglicht es ihnen, auch mit hochempfindlichen Bauteilen sicher zu hantieren. Auch in der Mensch-Roboter-Kollaboration spielen Sensoren eine zentrale Rolle, um die Sicherheit der menschlichen Mitarbeiter zu garantieren. Neben dem „Fühlen“ ist außerdem das „Sehen“ eine zentrale und sicherheitsrelevante Fähigkeit. Das gilt umso mehr in beengten Arbeitsumfeldern und bei mobilen Robotern. Integrierte visuelle Sensoren helfen den Robotern bei der Erfassung ihres Arbeitsplatzes und der Vermeidung von Kollisionen. Durch die Kombination mit externen Sensoren können ihre Fähigkeiten hier sogar noch weiter gesteigert werden. Darüber hinaus können auch akustische Sensoren zum Einsatz kommen, dank derer die Roboter beispielsweise auf Warnsignale reagieren können.

Der Roboter braucht ein Gehirn

Trotz aller Fortschritte in der Sensorik in den letzten Jahren: Um aus der Flut an Signalen, die jene produziert, Informationen zu machen, aus denen Handlungen abgeleitet werden können, braucht der Roboter ein „Gehirn“. Hier kommt die KI ins Spiel. Sie hilft den Robotern, die Datenflut zu strukturieren, Muster zu erkennen und in handlungsrelevante Informationen umzusetzen. Insbesondere im Bereich der Computer Vision sind in den letzten Jahren enorme Fortschritte erzielt worden. Die Basis sind dabei leistungsstarke neuronale Netze, die sich an der „Architektur“ des menschlichen Gehirns orientieren. Nach anfänglichem Training sind sie in der Lage, selbstständig dazuzulernen. Machine-Learning-Algorithmen ermöglichen es Cobots entsprechend, neue Aufgaben und Arbeitsprozesse (teil-)selbstständig zu erlernen.

Die bis heute am Markt vertretenen Cobots nutzen KI allenfalls in einfachster Form, denn die Kombination von Sensorik und entsprechender Software stellt für die Hersteller eine beachtliche Herausforderung dar. Verschiedene Hersteller arbeiten aber mit Hochdruck an der Implementation leistungsstarker KI und erzielen hier zum Teil beachtliche Fortschritte. Mit marktreifen Modellen ist daher innerhalb des nächsten Jahres zu rechnen.

Doch auch für Unternehmen, die bereits Cobots nutzen, gibt es gute Nachrichten. Laufen ihre Modelle heute noch mit Steuerungssoftware, die eine Programmierung für jeweils spezifische Anwendungen erforderlich macht, wird die nächste Generation der Betriebssysteme es auch ermöglichen, KI mit der älteren Hardware zu nutzen. So lassen sich auch ältere Roboterflotten mit verhältnismäßig kleinem Aufwand „AI-ready“ machen. Eine Investition, die sich in Anbetracht der beträchtlichen Leistungssprünge schnell bezahlt macht. Im Durchschnitt dauert es circa zwei Jahre, bis sich die Anschaffung eines Cobots amortisiert.

Mit der nächsten Generation kollaborativer Roboter bricht das Zeitalter der Cobots endgültig an. Experten prognostizieren, dass sie in fünf Jahren bereits flächendeckend im Einsatz sein werden. Ereignisse wie der Coronaausbruch könnten diese Entwicklung sogar noch beschleunigen. Die Pandemie hat uns noch einmal deutlich vor Augen geführt, wie groß der Bedarf nach weiterer Automatisierung und Flexibilisierung von Arbeits- und Produktionsabläufen ist. Ohne Cobots und ohne menschliche Hände wird es dabei nicht funktionieren. Die Kombination macht es.

* Dr. Zhaopeng Chen ist Gründer und CEO von Agile Robots in 82205 Gilching, Tel. (0 81 05) 3 98 01 01, welcome@agile-robots.com

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