In der heutigen Zeit, in der die Anforderungen an Produktionsunternehmen ständig steigen und sich Technologien rasch weiterentwickeln, sind flexible und intelligente Lösungen von entscheidender Bedeutung. Doch viele Fertigungsunternehmen haben Schwierigkeiten, mit dem Tempo Schritt zu halten, und die Umsetzung von Industry-X bleibt fragmentiert. Hier kommen modulare Roboter ins Spiel. Sie bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die genau auf die Bedürfnisse der Fertigungsindustrie zugeschnitten sind.
Symbolbild von KI erstellt
Die Smart Manufacturing ist ein zentrales Thema in der Fertigungsbranche. Denn neben Effizienzsteigerungen beeinflussen Fachkräftemangel, hohe Kundenerwartungen, Qualitätsstandards und regulatorische Anforderungen die Fertigungsprozesse. Daher setzen Unternehmen auf Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI), fortschrittliche Datenanalysen und Digitalkomponenten, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Viele Produktionsanlagen haben jedoch Schwierigkeiten, mit der digitalen Entwicklung Schritt zu halten, und die Umsetzung von Industry-X [1] ist oft fragmentiert. Die Integration von Robotik und KI wird daher eine massgebliche Rolle für die Zukunft der Fertigung spielen, da sie hochdynamische und flexible Produktionskonzepte ermöglicht, Kosten senkt und eine Antwort auf den Fachkräftemangel bietet.
Vorteile modularer Roboter
Industrieroboter sind oft kostspielig und unflexibel. Die Einrichtung dauert meist Monate und die verfügbaren Funktionen sind begrenzt. Proprietäre Software führt zu Vendor-Lock-in und schränkt die Möglichkeiten ein. Predictive Maintenance und Produktions-Transparenz bleiben oft Wunschträume. Die Integration in Betriebsprozesse wie ERP, die Anbindung an Legacy-Maschinen und IoT-Systeme sowie die Überwachung von KPIs sind schwierig, da die Systeme komplex sind, unterschiedliche Protokolle verwenden und erhebliche Investitionen sowie Betriebsunterbrechungen erfordern. Insgesamt sorgen die Einführung und Anpassung dieser Roboter im laufenden Betrieb eher für Sorgen als für Vorfreude.
Modulare Roboter, wie sie das deutsche Startup RobCo entwickelt, adressieren diese Probleme. Die Roboter basieren auf einem modularen Bausatz-System und können flexibel umgebaut und für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Der Plug-and-Play-Ansatz ermöglicht schnellen Auf- oder Umbau innerhalb weniger Tage, ohne umfangreiche Programmierkenntnisse. Dank der No-Code-Software können die Roboter remote über einen digitalen Zwilling konfiguriert und gemanagt werden – ganze ohne geschultes Fachpersonal. Modulare Roboter setzen zudem auf offene Plattformen mit API-Zugriff und bringen IoT-Funktionalität mit, was Predictive Maintenance ermöglicht. Software-Updates erfolgen „over the air“, was die Aktualisierung und Wartung der Roboter vereinfacht.
Konkrete Einsatzbeispiele für modulare Roboter
Qualitätssicherung durch KI im Zusammenspiel mit stationären Robotern: Die Qualitätssicherung von Werkstücken und Komponenten ist in der Fertigung eine zentrale Herausforderung. Stichprobenkontrollen sind üblich, da eine vollständige manuelle Überprüfung unwirtschaftlich wäre. Roboter mit Kameras oder Laserscannern und KI-gestützter Objekterkennung überwachen Teile direkt im Fertigungsprozess. Diese Kombination aus Robotern und KI führt zu hoher Automatisierung und Flexibilität, optimiert Prozesse, steigert Geschwindigkeit und Produktionsqualität und senkt Kosten. Manuelle Aufwände werden erheblich reduziert.
Für die Qualitätskontrolle von Schweissnähten bei OEMs zum Beispiel wird KI-basierte Technologie verwendet. Ein 3D-Laserprofilsensor am Roboterarm ermöglicht präzise Scans von Schweissverbindungen, die auf Fehler wie falsche Abmessungen, Poren oder Unterbrechungen überprüft werden. Diese Lösung wird von Automobilherstellern genutzt, um Echtzeitanalysen und Ursachenanalysen durchzuführen und die Schweißroboter automatisch neu zu konfigurieren, wodurch die Produktqualität kontinuierlich verbessert wird.
Digitale Zwillinge im Omniverse: Digitale Zwillinge ermöglichen die präzise und realistische Visualisierung von Roboterarmen im Omniverse [2], indem ein 3D-Modell des Roboters im Universal Robot Description Format (URDF) geladen und kontinuierlich aktualisiert wird. Diese Technologie bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten:
- Fernüberwachung der Produktion: Produktionsleiter können Abläufe und Prozesseffizienz überwachen und Optimierungen vornehmen, ohne physisch vor Ort zu sein. Besonders nützlich bei mehreren Standorten oder eingeschränktem Fabrikzugang.
- Simulation von Bewegungsabläufen: Vorab programmierte Simulationen, wie die „Schweissnahtprüfung mittels Lasersensor“, ermöglichen die Planung und Vorhersage von Roboteraktionen vor der Implementierung neuer Prozesse.
- Manuelle Steuerung über Benutzeroberfläche: Nutzer können den digitalen Zwilling und den physischen Roboter über ein Webinterface manuell steuern. Das ermöglicht die Erprobung und Optimierung von Roboterpositionierungen in einer virtuellen Umgebung, bevor sie real getestet werden.
Die Bewegungsdaten der Roboterarme sind leicht übertragbar und werden in der Cloud verarbeitet. Eine sichere VPN-Verbindung gewährleistet die Datenintegrität und ermöglicht den Zugriff auf die Visualisierungen über einen Webbrowser von nahezu jedem Endgerät aus.
Steuerung des Roboters mit einer XR-Brille: Die Steuerung des Roboters mit einer XR-Brille bietet eine innovative Methode der Interaktion. Durch die Nutzung der REST API des Roboters kann er von verschiedenen Anwendungen aus gesteuert werden, wobei lediglich eine VPN-Verbindung und Kenntnisse über die spezifischen API-Befehle erforderlich sind. Eine eigens entwickelte Anwendung für die XR-Brille ermöglicht es, den Roboter direkt über intuitive Knopfdrücke zu steuern, ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen PCs. Diese Anwendung kann mit anderen AR-Funktionen der Brille kombiniert werden, was ein immersives und nahtloses Erlebnis schafft. Ein konkretes Beispiel ist die Verwendung eines Unterdruckmoduls, um einen Würfel von einem Ort zum anderen zu bewegen. Dieser Vorgang wird über ein speziell optimiertes Web-Dashboard gesteuert, was die Flexibilität der Steuerungsmöglichkeiten des Roboters verdeutlicht. Zusätzlich ermöglicht die Nutzung der Brille den Zugriff auf das Roboter-Dashboard, um Parameter wie Geschwindigkeit und Beschleunigung anzupassen.
Fazit
Die Einführung modularer Roboter markiert einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zur Realisierung von Industry-X in der Fertigungsbranche. Durch ihre Flexibilität und Intelligenz versprechen sie, die Automatisierung von Fertigungsprozessen auf ein neues Niveau zu heben. Mit der Integration digitaler Zwillinge wird es möglich sein, Produktionsabläufe virtuell zu überwachen und zu optimieren, was zu einer effizienteren und agileren Fertigung führen wird.
[1] Industry-X ist eine Weiterentwicklung von Industrie 4.0, die neben der Digitalisierung und Automatisierung von Produktionsprozessen auch Nachhaltigkeit und die Integration von Datenökosystemen wie Catena-X umfasst. Durch Industry-X können Unternehmen ihre gesamte Wertschöpfungskette in Echtzeit simulieren, verfolgen, optimieren und Innovationen einführen. Dies führt zu schnellerer und kosteneffizienterer Produktion bei gleichzeitiger Minimierung der Umweltbelastung.
[2] Omniverse, entwickelt von NVIDIA, ist eine Plattform für virtuelle Welten und Simulationen. Sie kombiniert Echtzeit-Rendering, Simulation und maschinelles Lernen, um Nutzern die Interaktion in gemeinsamen virtuellen Umgebungen zu ermöglichen.
Über RobCo
Die RobCo GmbH – im Jahr 2020 von einem Team rund um Roman Hölzl am Lehrstuhl für Robotik und Künstliche Intelligenz an der Technischen Universität München gegründet – bietet dem industriellen Mittelstand anpassungsfähige, erschwingliche und vernetzte Roboter-Lösungen, um sich wiederholende manuelle Aufgaben zu automatisieren. Diese basieren auf einem patentierten und weltweit ersten modularen Hardware-Kit und der RobCo Studio Software-Plattform. www.robco.de