Zwei Roboterhände montieren ein Zahnrad

Nicht nur die Fingerfertigkeit bei Robotern wird immer besser. Das 'Sehen' ist schon etabliert, KI gibt aktuell einen neuen Schub. - Bild: Alexander Limbach - adobe stock.com

Der Einsatz Künstlicher Intelligenz in der Robotik nimmt derzeit vehement an Fahrt auf und ermöglicht der Robotik neue Einsatzgebiete - glaubt man den Herstellern. Dass KI aber eigentlich noch viel mehr könnte und großes Potenzial ungenutzt bleibt, erkennt anscheinend nur der langjährige Robotikexperte Werner Hampel. Er verrät seine Einschätzung in einem exklusiven Interview am Ende dieses Beitrags.

Am weitesten verbreitet ist Künstliche Intelligenz in der Robotik bei der Bilderkennung, wie Michael Otto, Chief Sales Office der Robotiksparte von Kuka zu verstehen gibt: „Die vielversprechendsten Anwendungsfälle für Methoden der künstlichen Intelligenz liegen im Bereich der Bilderkennung, was für eine größere Autonomie und Flexibilität von Robotern genutzt werden kann, zum Beispiel zur Objekterkennung, semantischen Szenenanalyse und Greifpunkterkennung als Grundvoraussetzung für intelligentes Verhalten von Robotern.“

Das sieht Andrea Alboni, General Manager Western Europe, Universal Robots, ganz ähnlich: „Großes Potenzial sehen wir durch Künstliche Intelligenz im Bereich Robot-Vision: Mithilfe von Bildverarbeitungssystemen können Cobots ihre Umgebung mehrdimensional wahrnehmen. So erkennen sie Objekte selbst dann, wenn diese sich stapeln oder überlagern. Das macht es leichter, die Roboter zu programmieren und zu bedienen. Anwender lernen die Roboter dann für den Greifvorgang selbst an und nicht mehr für spezifische Werkstücke.“

"Cobots greifen mithilfe von Vision-Systemen zielgerichteter und können auch unsortierte Werkstücke vereinzelt fassen – der sogenannte ‚Griff in die Kiste‘ rückt in greifbare Nähe", sagt Andrea Alboni, General Manager Western Europe, Universal Robots. - Bild: UR

Wie KI die Wirtschaftlichkeit von Cobots verbessert

Dadurch könnten Cobots auch flexibler agieren und sich spontan auf die wechselnden Aufträge in High-Mix-/Low-Volume-Produktionen einstellen. „Zudem greifen Cobots mithilfe von Vision-Systemen zielgerichteter und können auch unsortierte Werkstücke vereinzelt fassen – der sogenannte ‚Griff in die Kiste‘ rückt in greifbare Nähe“, gibt sich Alboni optimistisch.

Anwendungen im Bereich Maschinenbeschickung oder Kommissionierung ließen sich auf diese Weise effizienter automatisieren, was mittelfristig die Produktivität des jeweiligen Arbeitsprozesses erhöht. Auf diese Weise werden KI-Technologien laut Alboni die Handhabung der Cobots in absehbarer Zeit noch stärker vereinfachen.

Laut Maximilian Mutschler, Vice President Sales Micropsi Industries kommen KI-Systeme in der Industrierobotik primär bei bisher manuell vom Menschen ausgeführten Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise bei Präzisionsaufgaben in der Qualitätssicherung oder der Montage, bei denen Varianzen in Form von Position und Beschaffenheit des Werkstücks auftreten oder sich in unterschiedlichen Lichtverhältnissen äußern.“ Mit KI-basierten Steuerungen wie ‚Mirai‘ sei es erstmals möglich, diese Fertigungsschritte wirtschaftlich zu automatisieren.

„KI-Steuerungen erweitern die native Steuerung des Roboters und verleihen ihm die wertvolle Fähigkeit der Augen-Hand-Koordination. Der große Vorteil ist dabei, dass KI-gesteuerte Roboter in Echtzeit auf die Situation in ihrer Umgebung reagieren und so den Umgang auch mit unvorhergesehenen Varianzen lernen", sagt Maximilian Mutschler, Vice President Sales Micropsi Industries. - Bild: Micropsi

Wie Roboter Augen-Hand-Koordination lernen

„KI-Steuerungen erweitern dabei die native Steuerung des Roboters und verleihen ihm die wertvolle Fähigkeit der Augen-Hand-Koordination. Der große Vorteil ist dabei, dass KI-gesteuerte Roboter in Echtzeit auf die Situation in ihrer Umgebung reagieren und so den Umgang auch mit unvorhergesehenen Varianzen lernen“, erläutert Mutschler. Möglich sei dies durch das Zusammenspiel einer Kamera und eines neuronalen Netzwerks, das die Aufnahmen und Bilder als Trainingsdaten verwende und sie in eine Art Bewegungsintuition für den Roboter ableite.

„Ein vielversprechendes weiteres KI-Einsatzgebiet sind demnach auch mobile Applikationen, da der Roboter – im Idealfall ein Cobot – so größere Bewegungsabläufe selbstständig vollführt und immer dort in der Fertigungshalle agiert, wo er gefragt ist“, blickt Mutschler nach vorn.

"Im Fokus der Entwicklungen stehen auch Verfahren zur vorausschauenden Wartung: das heißt, Probleme im Betriebsablauf zu erkennen, bevor sie auftreten, um so ein bestmögliches Zeitfenster für die Wartung zu finden“, sagt Michael Otto, Chief Sales Office der Robotiksparte von Kuka. - Bild: Kuka

Wie man Roboter ganz einfach durch Vormachen programmiert

Otto von Kuka verweist auch auf die optimale Parametrisierung von Roboterbewegungen, beispielsweise beim Schweißen oder bei Montagevorgängen, was eine bereits heute realisierte Anwendungsmöglichkeit ist. „Im Fokus der Entwicklungen stehen auch Verfahren zur vorausschauenden Wartung: das heißt, Probleme im Betriebsablauf zu erkennen, bevor sie auftreten, um so ein bestmögliches Zeitfenster für die Wartung zu finden“, verdeutlicht Otto.

Auch zur Qualitätssicherung, Prozessüberwachung und -steuerung könne die intelligente Analyse großer Datenmengen aus dem Prozess genutzt werden. „Zum Beispiel, um zu erkennen, ob ein Bauteil richtig montiert wurde. Zudem kann man einen Roboter durch Vormachen programmieren und ihm so beibringen, welche Teile er nach links und welche nach rechts sortieren soll“, so Otto.

Wie Roboter menschliche Fingerfertigkeit erhalten

Patrick Schwarzkopf, Geschäftsführer VDMA-Fachverband Robotik + Automation verweist auf ein richtungsweisendes und hoch innovatives Beispiel für die Integration von Vision und KI von Micropsi Industries: „Die Lösung setzt auf Künstliche Intelligenz und Haptik - also Fingerfertigkeit, die ein Roboter normalerweise so nicht hat - so dass der Roboter sich adaptiv auf Teile an veränderlichen Positionen, die er handhabt, einstellen kann.“ Dabei gehe es beispielsweise um dünne Schläuche oder Kabel eines Kühlschranks, die unregelmäßig verlaufen.

„Durch die Künstliche Intelligenz hat der Roboter die Feinfühligkeit und Fingerfertigkeit, damit umzugehen, wenn sich im Prozess etwas ändert und nicht immer an genau derselben Stelle ist, weil es eben Toleranzen gibt. Darauf kann sich der Roboter einstellen, aufgrund von Bildverarbeitung, Haptik und Mitdenken“, beschreibt Schwarzkopf.

Weitere wichtige Anwendungen der KI zielen laut Schwarzkopf auf die Optimierung von komplexen Gesamtsystemen wie Maschinen oder Produktionslinien ab - also auf die Verbesserung der OEE.

„Durch die Künstliche Intelligenz hat der Roboter die Feinfühligkeit und Fingerfertigkeit, damit umzugehen, wenn sich im Prozess etwas ändert und nicht immer an genau derselben Stelle ist, weil es eben Toleranzen gibt. Darauf kann sich der Roboter einstellen, aufgrund von Bildverarbeitung, Haptik und Mitdenken“, sagt Patrick Schwarzkopf, Geschäftsführer VDMA-Fachverband Robotik + Automation. - Bild: VDMA

Wie verändert sich die Robotik binnen zehn Jahren?

Stefan Sagert, Referent Fachabteilung Robotik, VDMA Robotik + Automation ergänzt zu dem Thema, dass „alle derzeitigen Entwicklungen in der Robotik dazu führen, dass die Robotik in immer mehr Anwendungsbereichen an Attraktivität gewinnen wird. Denn durch diese Weiterentwicklung fallen auch Hürden, die jetzt noch für viele Unternehmen und Anwendungsbereiche existieren. Das hat sich auch durch die vereinfachte Programmierung und den Roboter als Produktionsassistenten in den vergangenen Jahren schon gezeigt“, spricht Sagert das Thema Akzeptanz der Robotik an.

Doch was bringen die künftigen zehn Jahre den Unternehmen an Innovationen in der Robotik? Schwarzkopf glaubt, dass „in zehn Jahren die Vernetzung flächendeckend verwirklicht und ‚ganz normal‘ ist. Dann kommunizieren mittels Industrie 4.0 alle Geräte verschiedener Bauart von unterschiedlichen Herstellern miteinander.“

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„Die Unternehmen in der Robotik gehen immer mehr auf individuelle Bedarfe und Lösungen ein. Hier erinnere ich an einfache Programmierbarkeit", sagt Stefan Sagert, Referent Fachabteilung Robotik, VDMA Robotik + Automation. - Bild: VDMA.

Wie mobile Plattformen die Linienfertigung ablösen

Auch die mobilen Roboter würden stark werden – da spiele 5G eine große Rolle. „Außerdem kommen wir weg von der Linie hin in Richtung Matrix. In solch einer Matrix haben wir Roboterzellen, die im Idealfall völlig universell sind“, beschreibt Schwarzkopf. Der Roboter könnte zum Beispiel schweißen, schrauben, kleben, polieren und dergleichen. Schwarzkopf weiter: „Dazu gibt es dann mobile Plattformen, die das Werkstück zu einer freien Zelle bringen – beispielsweise mit dem Auftrag ‚Lackier mich, verschraub mich‘. Eine zweite mobile Plattform bringt parallel aus dem Werkzeuglager den hierfür benötigten Endeffektor.“

Sagert weist darauf hin, dass „die Unternehmen in der Robotik immer mehr auf individuelle Bedarfe und Lösungen eingehen – was auch immer einfacher möglich ist. Hier erinnere ich an einfache Programmierbarkeit, die es auch schon heute gibt. Vielleicht ist das jetzt noch nicht in der perfekten Form möglich, es wird in der Zukunft aber eintreten.“ Auch wenn sich das Thema um den Bereich Robotik dreht: Ein wenig Forschung durch den Menschen ist somit schon noch notwendig.

Interview: Wie weit ist Künstliche Intelligenz in der Robotik wirklich?

„Uns durch KI zu unterstützen, da sehe ich noch nichts“, sagt Werner Hampel. Hampel ist Geschäftsführer der Firma Robtec und ein ausgewiesener Roboterexperte. Bereits seit 30 Jahren programmiert er in den verschiedensten Branchen und gibt sein Wissen an andere weiter. - Bild: Robtec

Herr Hampel, wie sehen Sie die derzeitige Situation in der Robotik? Es gibt schon Visionäre, die von Industrie 5.0 reden, dabei ist Industrie 4.0 noch nicht mal richtig umgesetzt. Das ist eher ein Marketingwort und noch nicht gelebte Praxis. Das ist schade, weil wir so viele Möglichkeiten hätten. Denn einen Roboter mit einer Maschine zu verbinden, damit die beiden miteinander kommunizieren – das wäre ja Industrie 4.0. Ganz nach dem Motto: „Einstecken und läuft“. Das ist leider noch nicht Praxis.

 

Wie weit ist KI in der Robotik? Wir wollen Künstliche Intelligenz nutzen, um den Roboter zu verbessern – dabei reden wir noch nicht einmal mit den Robotern – überall gibt es unterschiedliche Protokolle. Profinet und EtherCAT ist gerade State of the Art und IO-Link kommt jetzt auf. Dazu haben wir sehr intelligente Greiferlösungen, wie programmierbare Greifer. Da könnte man KI für die automatische Optimierung von Prozessen einsetzen.

 

Wo ist KI denn bereits im Einsatz? Mitsubishi Electric hat zum Beispiel in ihren Industrierobotern ein KI-Modul für die vorbeugende Instandhaltung. Da ist KI gegen Aufpreis schon gelebt. Außerhalb des Roboters haben wir Kamerasysteme, die immer intelligenter werden und Bauteile erkennen – auch da wird KI schon erfolgreich eingesetzt.

 

Mehr sehen Sie nicht? Nein, das wäre soweit alles im Bereich der Industrierobotik. Denn die Roboterhersteller konzentrieren sich darauf, immer genauere und schnellere Roboter auf den Markt zu bringen. Auch fühlende Cobots kommen jetzt auf den Markt. Das sind alles gute Bewegungen – aber uns durch KI zu unterstützen, da sehe ich noch nichts.

 

Was sind denn Ihre Ideen dazu? Gut vorstellen kann ich mir den Einsatz von Künstlicher Intelligenz in der Simulation von Robotern. Also in der Planung, in der konstruktiven Phase. Nach dem Motto: Hier ist der Roboter – dort ist meine Aufgabe. Nun soll der optimale Platz und Arbeitsablauf des Roboters über KI ermittelt werden. Somit wird der Konstrukteur mit Lösungsvorschlägen durch KI unterstützt – auch bei der Auswahl des richtigen Roboters. Somit müsste die KI in einem CAD-System integriert sein. Das wäre der richtige Einsatz von Künstlicher Intelligenz im Vorfeld.

 

Und im Betrieb? Während des Betriebs gibt es KI mit Kamerasystemen, eine sehr begrenzte KI mit Greifern und in der Instandhaltung zum Verhindern von Reparaturen und Stillständen.

 

Welche Hemmnisse gibt es denn noch? Ein Hemmnis für KI bleibt die Sorge der Hersteller, Daten über die Cloud auszutauschen, was ein Sicherheitsrisiko darstellt. Am liebsten hätten die Hersteller ja gekapselte Systeme – ohne mit dem Internet verbunden zu sein, was wiederum absolut verständlich ist. Der Datenaustausch müsste eben durch Kryptotechnologien sicher gemacht werden. Das wäre sehr wertvoll für die produzierenden Betriebe, um die Erfahrungen aus abertausenden Robotern über KI zu verwalten und auszuwerten.

 

Ihr Ausblick für den Einsatz von KI? Ich kenne niemanden in der Robotik, der sagt: „Da entwickeln wir etwas.“ Aber wenn man in der Automobilindustrie etwa 400 Roboter im Karosserierohbau hernimmt – als gekapseltes System – die miteinander kommunizierten und ihre Daten austauschten, dann gäbe es mit Sicherheit viel Optimierungspotenzial, das der eine oder andere Konstrukteur vielleicht übersehen hat.

 

Wie meinen Sie das genau? Da konstruiert zum Beispiel ein Konstrukteur die Seitenwand und ein anderer den Unterbau – aber sie kommunizieren nicht miteinander. Dort mittels Künstlicher Intelligenz unterstützen und im Betrieb erkennen, dass Teile schneller kommen könnten und die Anlage schneller arbeiten könnte – das sind so komplexe Prozesse, die der Mensch vielleicht nicht sieht, aber durch KI hervorragend gelöst werden kann.

 

Ihre Vision? All das würde in einer Smart Factory stattfinden, als gelebte Industrie 4.0 mit durch KI automatisierten Prozess-und Produktoptimierungen. Außerdem kommuniziert KI mit dem Menschen und gibt Lösungsvorschläge.

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