Wie sieht die Zukunft mit Robotern aus?

Hand in Hand mit dem Roboter © ABB

Diese Frage stellen sich viele Menschen. Wie sieht die Zukunft der Produktionswelt aus? Können Mensch und Roboter näher zusammenarbeiten?

Genau diese Frage stellen wir uns auch im ABB-Forschungszentrum. Wir versprechen uns durch diese Arbeit bessere Rahmenbedingungen zu schaffen. Durch mehr Sicherheit am Arbeitsplatz und gleichzeitig höhere Effizienz und Produktivität kann die Wettbewerbsfähigkeit gestärkt und das Arbeitsumfeld für den Menschen verbessert werden.

Die Herausforderung ist, dass man wissenschaftliche Konzepte aus der Grundlagenforschung als Basis nimmt und diese soweit anwendbar macht, dass der Roboter danach für den Nutzer oder Kunden besser funktioniert als vorher.

YuMi

Ein aktuelles Beispiel ist YuMi. Er ist der erste kollaborative Roboter mit zwei Armen, der durch sein inhärent sicheres Design mit einem Menschen zusammen an einer Aufgabe arbeiten kann. So werden Schutzzäune oder Lichtschranken überflüssig. Er ist dafür ausgelegt, mit Menschen Seite an Seite in einem ganz normalen Produktionsumfeld zu arbeiten. Der Zweiarm-Roboter ist für die Kleinteilmontage entwickelt und ist mit flexiblen Greifhänden, Teilezuführsystem, Visionssystem zur Teileerkennung und einer Robotersteuerung ausgestattet. Er kann Teile mit höchster Präzision handhaben. Er arbeitet so genau, dass er sogar einen Faden durch ein Nadelöhr führen kann.

Im April letzten Jahres wurde der Roboter im Rahmen der Hannover Messe auf den Markt gebracht. An der Entwicklung des Roboters haben wir und Kollegen in Schweden und China jahrelang gearbeitet. Er wird in unserem ABB-Werk in Shanghai produziert.

Der folgende Film von den VDI-Ingenieurgeschichten zeigt, dass ein Roboter ein glänzender Arbeitskollege sein kann:

Weiterentwicklung von kollaborativen Robotern

Und jetzt geht es in einem Projekt in nächster Zeit vor allem um die Weiterentwicklung von kollaborativen Robotern. Wir sehen hier noch viel Potenzial, wie man derartige Roboter sinnvoll und gut einsetzen kann.

Dabei stellen wir uns Fragen wie: Was muss ein kollaborierender Roboter von der funktionalen Seite alles haben, damit er noch besser sein kann? Wie integriert er sich noch besser in das Arbeitsumfeld in der Industrie? Und das hat etwas mit dem mechanischen Aufbau, mit der Sensorik zu tun oder mit Regelungstechnik. Aber auch mit der Benutzerfreundlichkeit, wie der Mensch am Arbeitsplatz den Roboter in seiner Halle wahrnimmt und wie er ihn programmiert.

Wie kann ich z.B. in einer Umgebung mit kleinen Losgrößen den YuMi möglichst schnell zum Montieren bekommen? Wenn ich viel Zeit benötige, um händisch zu programmieren, ist es nicht so hilfreich. Wenn ich aber eine Methode habe, wo ich das Produktdesign dem YuMi als digitales Design eingebe und sage: „Hier guck mal, das ist das Ding, was du bauen sollst  diese Schritte daran sollst du machen!“ „Erzeuge dein eigenes Programm!“. Das ist ein nützlicher Aspekt, der wirklich einen Produktivitätsvorteil bringen kann.

Normalerweise haben Industrie-Roboter sechs Freiheitsgrade, also Gelenke bzw. Bewegungsmöglichkeiten. Der menschliche Arm und auch jeder Arm von YuMi hat sieben Freiheitsgrade. Wie kann ich das weiter für eine optimale Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter ausschöpfen, auch im Bereich Ergonomie und Arbeitsplatzgestaltung? Wie bewegt sich dieser Roboterarm?

Die Wissenschaft steht erst am Anfang der Analyse, was darin in der Zusammenarbeit angenehm oder weniger angenehm sein kann. Dass der Mensch den Roboter z.B. während der Arbeit zur Seite schieben kann. Das möchten wir lösen, ohne weitere Sensoren einzubauen, die den Roboter für den Kunden teurer machen würden. Wir arbeiten an einer fortgeschrittenen regelungstechnischen Lösung, die auf zusätzliche Softwarekomponenten setzt. Wir werden zwar mit diesen Berechnungsverfahren niemals so präzise werden, wie mit zusätzlichen Sensoren. In vielen Bereichen muss man aber gar nicht so extrem genau werden, dass man zusätzliche Sensoren braucht. Wenn ich als Mensch den Roboter wegschiebe, ist es mir egal, ob ich ihn einen Millimeter mehr wegschiebe oder nicht. Darauf kommt es nicht an. Also Präzision ist nur an der Stelle gefragt, wo sie nötig ist und dennoch zur Wirtschaftlichkeit des Produktes beiträgt.

Letztlich möchten wir den Roboter durch die Kombination von verschiedenen Technologien „intelligenter“ machen. Vieles ist Software, was die Funktionalität erhöht. Und diese könnte man z.B. durch ein Software-Update wie bei einem Smartphone einem YuMi-Roboter beibringen.

YuMi-Prototyp im Forschungszentrum © ABB
YuMi-Prototyp im Forschungszentrum © ABB

Einfache Programmierung

Bei einem weiteren Robotik-Projekt geht es um eine neuartige einfachere Programmierung von Industrierobotern. Ein Beispiel: Wenn man bisher mit einem Roboter ein Taschentuch aus der Packung nehmen wollte, musste man den Roboterarm so programmieren, dass er punktgenau hinfährt, den Greifer öffnet, den Greifer schließt, dann die Lasche hochzieht, dann hochfährt, dann nach vorne fährt bis zu einem gewissen Punkt. Alles immer auf den Punkt positionsgesteuert. Dann wieder zurückfährt, dann nach unten fährt, das Taschentuch greift, nach vorne rauszieht, nach oben rausfährt – fertig. In der Zukunft wird es sogenannte „Fähigkeiten“ geben, wie: „Öffne die Taschentuchpackung“ und „nimm ein Taschentuch heraus“. Man wird dem Roboter nur noch die Position sagen: „Guck mal, hier ist die Taschentuchpackung“ und „hier ist die Lasche“. Und dann fährt der Roboter hin, die Lasche zu nehmen, sie aufzuziehen und er weiß dann schon, wie das geht.

Das ist alles eine Frage der Sensorik und Regelungstechnik, aber auch des Zusammenspiels mit dem Nutzer. Unsere Vision ist, wo wir vorher dem Roboter zehn Punkte hätten einlernen müssen, bringt man ihm später nur noch einen einzigen Punkt bei, den er kennen muss. Den Rest spult er ab auf Basis einer robusten Fähigkeit, die er auf die Umgebungsbedingung anpassen kann. Das heißt auch hier wird der Roboter viel „intelligenter“ und selbständiger als er heute ist.

Derjenige, der ihn später bedienen wird, muss weniger wissen, wie man den Roboter steuert. Er muss stattdessen viel darüber wissen, was der Roboter machen soll. Letztlich muss er sich also mit dem Endprodukt auskennen. Und das ist das schöne, dieses Wissen ist kundenspezifisch.

Industrie 4.0

Wenn wir uns mit der Zukunft der Produktions- und Arbeitswelt beschäftigen, dann spielt natürlich auch das Thema Industrie 4.0 eine große Rolle. Ende 2012 hat es angefangen mit einer Vorstudie zum Thema Industrie 4.0. [Link vorhanden?] Was passiert da eigentlich, was müssen wir in diesem Bereich tun? Und mittlerweile ist ein Projekt für uns daraus geworden. Hier wollen wir klar definieren, was wir tun.

Die ganze Zeit war es eher die Frage, was ist Industrie 4.0 eigentlich? Welchen Einfluss hat das auf welche Dinge bei ABB? Und jetzt geht es darum, was machen wir daraus? Im Forschungsbereich werden wir das Thema Virtualisierung, bzw. virtuelle Inbetriebnahme weiter voranbringen. In unserem Zusammenhang heißt das, wir benutzen bestehende Tools, die den Kunden dazu befähigen sollen, ganze Produktionslinien virtuell aufzubauen und den echten Maschinencode durchzuprobieren. Das heißt im Prinzip eine Anlagensimulation zum Test einer Anlage zu fahren oder zur Bewertung eines Neukaufs einer Anlage.

Internet of Things, Services and People (IoTSP)

Weiter reden wir im Zusammenhang mit Industrie 4.0 bei ABB übergreifend vom „Internet of Things, Services, and People“. Wir finden diese Sicht deshalb gut, weil es ganzheitlicher darstellt, um was es geht. Es ist losgelöster von den Industrien, und der Begriff ist internationaler. Es drückt aber doch alles aus, was es ist.

Wir haben die Dinge, dass können Roboter oder Sensoren, intelligente Produkte, sein. Die Services können Services für unsere Dinge sein, es können aber auch Services für Dinge sein, die der Kunde produziert. Wo wir z.B. Prozessüberwachungsservices anbieten oder ein Monitoring. Das heißt wir überwachen unser Produkt und sagen dem Kunden, wann er es warten muss.

Und die „People“ finde ich eine ganz wichtige Komponente. Gerade wenn man z.B. an YuMi denkt. Der Mensch als Entscheider wird nicht überflüssig sein, im Gegenteil. Ich glaube, das dürfen wir nicht vernachlässigen, dass wir das als Menschen immer noch gut können. In relativ komplexen Situationen gut zu entscheiden. Und deshalb sehen wir den Menschen als sehr relevante Komponente in dem ganzen Thema.

© ABB
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Die Zukunft mit Menschen und Robotern

Und hier sind und bleiben wir als Forscher auch Idealisten. Ich glaube im Kontext von Robotik bringen wir den Menschen sicher weiter. Und das ist das Glück, wir dürfen als Forscher ja immer von der Zukunft reden. Das, was wir tun, wird den Leuten den Umgang mit Dingen ermöglichen, mit denen sie vorher nichts zu tun hatten. Und das ist auf jeden Fall eine Horizonterweiterung. Und das wird ein sehr integrativer Bestandteil des Arbeitslebens werden. Ich glaube nicht daran, dass Menschen durch Roboter wegrationalisiert werden, der ihnen auf die Pelle rückt, sondern dass sie selbst entscheiden können. Der Mensch hat die Hoheit – wenn der Roboter zu nah ist – dann schiebt er ihn weg.

Die Interaktion mit dem Roboter, die vorher nicht da war, wird auch immer in den Händen des Menschen bleiben. Und deshalb glaube ich, wir werden es schaffen, den Menschen von Tätigkeiten zu befreien, die er vielleicht gemacht hat, aber nicht gerne gemacht hat. Und wir werden ihn dazu befähigen, ganz neue Tätigkeiten zu erlernen und sich auf diese zu konzentrieren. Die er nämlich gut kann.

Und ich glaube, das wird auch eine psychische Entlastung für den Menschen bringen, wenn auch die psychische Belastung am Anfang nicht zu unterschätzen sein wird, plötzlich sehr eng mit einem Roboter arbeiten zu dürfen. Manche werden es am Anfang sicher als „müssen“ bewerten. Ich glaube es ist wie bei jeder Veränderung und Umstellung, man muss sich darauf einlassen. Aber am Ende kann es sich auszahlen und eine Bereicherung für den Menschen darstellen.

Am Ende werden wir es auch – und da spielt Robotik und Industrie 4.0 mit rein – dem Menschen erleichtern, Entscheidungen zu treffen. Er wird auch auf der Arbeiterebene mehr Entscheidungen treffen müssen als heute, das ist mein Gefühl. Und wir werden ihn stärker darin unterstützen als das heute der Fall ist. Und das finde ich total wichtig.

Ich glaube die Flexibilisierung, die YuMi ermöglichen kann – schnell in neue Arbeitsplätze eingebunden zu werden – kann dazu führen, dass es wieder lohnenswert wird, Produkte vielleicht näher an den Märkten zu produzieren. D.h. wir werden vielleicht weniger Sachen hin- und hertransportieren müssen, was ressourcenschonender ist. Die Produkte, die wir erzeugen sind wahrscheinlich kundenorientierter – in Richtung Losgröße Eins. Aber zumindest werden wir als Kunden, die die Produkte kaufen, stärkeren Einfluss auf die Produktion der Produkte haben. Und das kann uns nur zu Gute kommen. Weil wir stärker an unser Wunschprodukt herankommen als bisher.

 

© ABB
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Automatica 2016 (21.-24.6.2016): Kommt vorbei und erfahrt mehr über YuMi und Co!

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Über den Autor

Björn Matthias

Ich arbeite seit über 20 Jahren im ABB-Forschungszentrum in Ladenburg. Ich bin studierter und promovierter Physiker und habe einen Postdoc in der Elementarteilchenphysik absolviert. Die vielseitigen anwendungsbezogenen Anforderungen in der Industrie reizen mich immer wieder aufs Neue. Als gebürtiger Schwede mit schwedischer Mutter und deutschem Vater, der 20 Jahre in den USA gelebt hat, kommt mir die internationale Vielfalt vom ABB-Konzern sowohl sprachlich als auch kulturell sehr zu Gute.
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