Bildgesteuerte Robotik leicht gemacht
Bildgesteuerte Robotik leicht gemacht
Bislang bringen Unternehmen ihren Robotern nur selten das „Sehen“ bei, da sie hohe Integrationskosten und eine Beeinträchtigung der Prozesssicherheit fürchten. Dass es auch anders geht, zeigt eine Robotersteuerung, die auf der Vision-Software von Vathos, Infrastrukturlösungen von Dell Technologies, ctrlX OS und der ctrlX AUTOMATION Plattform von Bosch Rexroth basiert.
Schon viele Jahre sind „sehende“ Roboter ein relevantes Thema in der Automatisierung. Insbesondere in Umgebungen, in denen die Lage zu greifender Objekte unbekannt ist (zum Beispiel bei der Entnahme von Schüttgut), ermöglichen erst Bildverarbeitungssysteme die Automatisierung von Prozessen wie die Maschinenbeladung oder die Montage. Anders als bei einer fixen Programmierung der Objektlage reagiert der mit Kameras ausgestattete Roboter dynamisch und flexibel auf die zufällige Anordnung der zu greifenden Teile.
Auch wenn der Vorteil der Bildverarbeitung für die Roboterführung schnell einleuchtet, finden sich gemessen an der Vielzahl der automatisierbaren Prozesse in der Praxis noch relativ selten Vision-Systeme zur Robotersteuerung. Grund sind nicht zuletzt die hohen Kosten der Integration, da für die Implementierung Spezialwissen notwendig ist. Zudem schreckt ein Mangel an Prozesssicherheit viele Unternehmen in der Praxis ab, da die Robotersteuerung über Bildverarbeitung trotz ihrer Vorteile häufig noch als unzuverlässig angesehen wird.
Mit dem Aufkommen künstlicher Intelligenz (KI), die im Wesentlichen mit der Nutzung von sogenannten neuronalen Netzen einhergeht, ergibt sich gerade in der Robotik erstmals die Chance, die beiden bisherigen Hürden – sprich: die Integrationskosten sowie die Prozesssicherheit – zu überwinden. Durch das implizite Lernen aus Daten statt der mühevollen Eingabe der Parameter in Bildverarbeitungsprogramme sind erstmals einfach zu bedienende Anwendungen möglich, ohne dass der Kunde oder Integrator Spezialwissen mitbringen muss (Stichwort: „Demokratisierung der Robotik“). Die geringere Fehleranfälligkeit sowie die Möglichkeit, wechselnde Umgebungsbedingungen wie beispielsweise sich verändernde Lichtverhältnisse über die Zeit kontinuierlich zu lernen, erhöhen gleichzeitig die Chance auf Prozesssicherheit solcher Systeme massiv.
Allerdings sind diese neueren Systeme auch weiterhin nicht allzu häufig in der Praxis anzutreffen. Primär etablieren sich diese Ansätze in der Qualitätssicherung, jedoch noch relativ selten für die flexible Steuerung von Robotern, da die Algorithmik des Bildverarbeitungsprogrammes zwar ein wichtiger, allerdings nur ein kleiner Teil der gesamten Anwendung beziehungsweise Roboterzelle ist. Um KI-basierte Roboterführung in der Praxis umzusetzen, bedarf es mehr.
Auf der Hannover Messe 2024 haben sich auf dem Stand von Dell Technologies mehrere Partner zusammengetan, um zu zeigen, wie intelligente Robotik mit KI umgesetzt werden kann. Im Zentrum stand dabei die moderne Vision-Softwarelösung von Vathos, die mittels Auswertung von Punktwolken aus 3D-Sensoren von der KI erlernte Objekte präzise erkennt und dem Roboter die Greifposen übermittelt. Im Anwendungsfall wurden drei verschiedene Bauteile klassifiziert, präzise gegriffen und sortenrein in jeweils einer Magazinreihe abgelegt. Die Software prüft zudem auf Basis der Bilddaten jeden Griff hinsichtlich potentieller Kollisionen mit anderen Bauteilen oder dem Rand der Kiste.
Bei KI ist die der Software zugrunde liegende Algorithmik allerdings nur ein Baustein. Genauso wichtig ist, dass die Software auf dem richtigen Fundament steht. Die Anwendung benötigt ein stabiles, industrietaugliches Betriebssystem, muss viele Objekte automatisiert – also ohne menschlichen Eingriff – lernen können und sich gegebenenfalls Ressourcen über ein Netzwerk optimal teilen, damit nicht an jedem Roboter eine eigene Workstation mit Bildschirm und Tastatur steht. Dell Technologies überzeugte die moderne Infrastruktur und Softwarearchitektur des Vathos-Systems, die genau diese Möglichkeiten eröffnet. Gerade in Enterprise-Umgebungen müssen die Vision-Systeme vernetzt sein, um Prozessdaten permanent auszutauschen und die Maschinen zu überwachen – und zwar von überall, notfalls sogar mit dem Handy. Dell Technologies liefert für ein solches System die industrietaugliche Hardware und Methoden, um Applikationen wie die Vathos-Software sicher auf Roboter-Anlagen zu verteilen und diese durch die IT verwalten zu lassen. Insgesamt ist KI in der Robotik damit ein sehr stark IT-getriebenes Thema.
Allerdings stellt sich auch die Frage nach dem Zusammenspiel von IT und der Maschinenwelt. Hier kommt ctrlX OS ins Spiel. Das industrielle Betriebssystem verbindet eine Vielzahl von Applikationen mit der sogenannten Operational Technology (OT) und stellt beispielsweise Schnittstellen zwischen Robotern und sonstigen Komponenten einer Anlage bereit. Mit MAIROTEC wurde ein Integrator gefunden, der ctrlX OS und ctrlX AUTOMATION für seine Anlagen nutzt und somit die moderne KI-basierte Vision-Lösung von Vathos in seine Zellen integrieren kann. Auf der Hannover Messe 2024 steuerte MAIROTEC so zwei KUKA-Agilus-Roboter, die die Posen der Werkstücke aus dem Vathos-System erhielten. Die Roboterzelle zeigte, wie moderne Systemintegratoren die neuen Methoden der KI für die Robotik verwenden und dabei in eine stabile Gesamtlösung integrieren. Letztlich besteht das Ziel darin, diese Verfahren in der Praxis leichter anwendbar zu machen und so die Integrationskosten wirksam zu senken und die Prozesssicherheit sehender Roboter zu erhöhen.
Bildquelle: Dell Technologies
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