Kollaborative Roboter Cobots und die Zukunft der Automatisierung

Autor / Redakteur: Dr. Zhaopeng Chen* / Sebastian Human

Automatisierte Fertigungsprozesse haben längst Einzug in fast alle Bereiche der Produktion gefunden und verlangen konstant nach rapider Innovation. Doch was genau erwartet uns in den nächsten Jahren?

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Der erste drehmoment-gesteuerte Roboterarm von Agile Robots mit intelligenter Software ermöglicht eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration.
Der erste drehmoment-gesteuerte Roboterarm von Agile Robots mit intelligenter Software ermöglicht eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration.
(Bild: Agile Robots)

Wie sehr auch andere Bereiche – neben der industriellen Fertigung – von Robotik-Lösungen profitieren können, macht uns die Corona-Krise am Beispiel der Medizintechnik schonungslos bewusst. Durch sie sind etwa kontaktlose Tests, die Herstellung von Schutzmasken oder die Desinfektion von Krankenhäusern automatisiert möglich. Hier, aber auch in Bereichen wie der Logistik oder im Dienstleistungssektor, werden kollaborative Roboter zukünftig eine immer bedeutendere Rolle spielen.

Im Gegensatz zu den schweren Produktionsrobotern, die bereits zum Standard in der Industrie geworden sind, handelt es sich bei den Cobots um eine vergleichsweise junge Entwicklung, die aber sehr schnell an Fahrt aufnimmt. Das liegt zum einen daran, dass sie wesentlich kleiner sind und somit ohne weitreichende Umbauarbeiten in bestehende Produktionsanlagen integriert werden können. Zum anderen sind sie mit etwa 20.000 € relativ preiswert. Eine Anschaffung von Cobots zahlt sich im Durchschnitt bereits nach zwei Jahren aus. Außerdem können die neuen, intelligenten Roboter sicher mit ihrer direkten Umwelt interagieren.

Wozu werden Cobots in der Lage sein?

Das Ziel ist es, dass Mensch und Roboter „Hand in Hand“ zusammenarbeiten, wobei die Roboter besonders zermürbende und eintönige Aufgaben übernehmen. Ein klassisches Beispiel, das heute zur Anwendung kommt, ist das Pick and Place bei der Fertigung von Elektrogeräten oder Autoteilen. Schon bald werden Cobots zur Bewältigung wesentlich komplexerer Aufgaben in der Lage sein. Idealerweise werden sie sich dann frei bewegen und mit der Zeit lernen, selbstständig Aufgaben zu erkennen und zu lösen.

Bis es soweit ist, müssen aber noch einige Hebel von den menschlichen Entwicklern in Bewegung gesetzt werden. Denn aktuell ist es noch so, dass die Cobots für jede neue Aufgabe und damit jeden unbekannten Einsatzbereich ganz klassisch neu programmiert werden müssen. Die Lösung, um sich diesen Zwischenschritt in Zukunft zu sparen, führt über die Kombination von Künstlicher Intelligenz und Sensorik.

Künstliche Intelligenz bildet das Gehirn

Bislang greifen die heute schon am Markt eingesetzten Cobots auf KI nur in sehr vereinfachter Form zurück. Unterschiedliche Hersteller erzielen jedoch bereits bahnbrechende Fortschritte bei der Implementierung wesentlich leistungsstärkerer Versionen, die aller Voraussicht nach schon bald marktreife Modelle hervorbringen werden. Die Grundlage bilden dabei neuronale Netze, die der Struktur des menschlichen Gehirns nachempfunden sind und die Roboter dazu befähigen, sich nach einer Trainingsphase selbstständig weiterzuentwickeln. Dabei ermöglichen Machine-Learning-Algorithmen die autonome Anpassung an neue Arbeitsvorgänge und Aufgaben.

Unternehmen, die Cobots bereits nutzen, müssen sich trotz der rasanten Entwicklung aber keine Sorgen darüber machen, dass ihre technischen Helfer schon bald veraltet sein werden. Die nächste Generation der Betriebssysteme wird nicht nur weitaus leistungsfähiger sein, sondern auch kompatibel mit älterer Hardware. Roboter, die also bislang noch eine neue Programmierung für jeden zusätzlichen Arbeitsschritt benötigen, werden mit geringem Aufwand ebenfalls von den Möglichkeiten der weiterentwickelten KI profitieren.

Grundvoraussetzung für einen schnellen Fortschritt bei der autonomen Handlungs- und Lernfähigkeit der Roboter ist eine möglichst hohe Dichte an Daten, die durch die KI strukturiert, in wiederkehrende Muster eingeordnet und darauf basierend in handlungsrelevante Informationen umgewandelt wird. Diese Daten erfassen die Cobots ebenfalls selbstständig durch Sensoren.

Sensorik – die Sinne der Roboter

Je genauer die Umgebung erfasst wird, desto schneller und präziser passen sich Roboter an und entwickeln sich weiter. Zentral ist hierbei eine Kombination vielfältiger Sensoren, um eine möglichst große Menge an Informationen als Datengrundlage zu schaffen. Kraft-Momenten-Sensoren messen dabei wirkende Kräfte und ermöglichen Robotern eine Art des „Fühlens“. Sie sorgen beispielsweise dafür, dass hochsensible Bauteile problemlos mit dem perfekten Maß an Stärke gegriffen und sicher bewegt werden. Eine solche Feinfühligkeit ist besonders auch in der Mensch-Roboter-Kollaboration von entscheidender Bedeutung, um die Sicherheit der menschlichen Mitarbeiter in jeder Situation zu gewährleisten.

Ebenso wichtige und charakteristische Fähigkeiten sind außerdem das „Hören“ und „Sehen“. Durch akustische Sensoren reagieren die Roboter auf spezifische Geräusche, wie zum Beispiel Warnsignale. Visuelle Sensoren ermöglichen ihnen darüber hinaus eine akkurate Erfassung ihrer Umgebung und verhindern Zusammenstöße mit festen oder spontan auftretenden Hindernissen. Auch das ist essenziell für die Sicherheit von Mensch und Maschine. Die Leistungsfähigkeit in diesem Bereich wird zudem durch den zusätzlichen Einsatz externer Sensoren weiter gesteigert.

Insgesamt stehen wir mit dem aktuellen Entwicklungsstand kurz vor dem Durchbruch für die Cobots. Wie wir, wenn wir nach einem Stift auf dem Tisch greifen, werden sie aufgrund von Erfahrung präzise Bewegungen mit perfektem Krafteinsatz ausführen, ohne die genaue Entfernung zu kennen oder eine exakt identische Situation schon einmal durchlaufen zu haben. Schon in fünf Jahren werden sie laut Expertenmeinungen bereits flächendeckend eingesetzt werden und die Menschen in den verschiedensten Bereichen unterstützen. Das Stichwort dabei lautet: Kollaboration.

* Dr. Zhaopeng Chen ist Gründer und CEO von Agile Robots.

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