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Zukunftsthemen der Robotik

 

Die Robotertechnik erfährt zurzeit einen innovativen Hype. Aber anders als zu den Anfangszeiten steht nun nicht mehr der  ausschließliche Robotereinsatz in den Produktionswelten im Mittelpunkt der Entwicklungen. Soziale Zielsetzungen, z. B. der Roboter als Helfer oder Assistent in der Medizin und der sozialen Pflege von kranken und alten Menschen, bestimmen nun den Rhythmus. Hinzu kommen fortschrittliche Entwicklungen in der Sensorik und der Software, z. B. die Künstliche Intelligenz und die KI-basierte Lernfähigkeit technischer Systeme, die neue Anwendungen erschließen.

 

Die Robotertechnik weckt nach wie vor sehr viele und sehr unterschiedliche Erwartungen. Doch die Realisierung solcher Ziele steht oftmals vor Hürden: Entweder fehlt das Ertrag-versprechende Geschäftsmodell, um eine Entwicklung zu starten. Andererseits fehlt schlicht das Geld oder investitionsbereite Geldgeber. Daher sind hierzulande hauptsächlich Forschungseinrichtungen mit der Entwicklung von zukünftigen Roboterkonzepten und deren Anwendung befasst. Davon profitierte zuletzt auch das junge Unternehmens Franka Emika GmbH aus München, das als Split-Off des DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik mit dem Deutschen Zukunftspreis  2017 für die Entwicklung eines kooperierenden Roboters ausgezeichnet wurde.

Das DLR-Instituts für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen ist in vielen fachlichen Aktivitäten, in denen es um zukünftige Roboteranwendungen geht, involviert. Das betrifft sowohl die Kinematik der Roboter als auch deren technische Detailausprägungen, z. B. die Werkzeuge, Greifer oder Hände als mechanische »Schnittstelle« zur Anwendung. Hinzu kommen ebenfalls die sensorischen Fähigkeiten wie Sehen oder Fühlen und die Mobilitätsfunktionen, ohne welche zukunftsfähige Robotereinsätze heutzutage nicht mehr denkbar wären. Durch Letztere ist auch die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) entstanden, durch die Roboter und Mensch gefahrfrei miteinander arbeiten können.

Die im Zweijahresrhythmus in München veranstaltete Fachmesse Automatica ermöglicht es, den Entwicklungsstand der Robotik zu beobachten und auch deren Chancen in Märkten und Anwendungen zu bewerten. Diese Messe ist auch für das DLR-Institut für Robotik und Mechatronik ein Anlass, das bereits erreichte und das zukünftige im Roboterbereich vorzustellen.

 

Robotik und Digitalisierung in der Industrie 4.0

 

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) präsentiert ab dem 19. Juni 2018 auf der AUTOMATICA 2018 aktuelle Highlights aus dem Bereich Automation und Robotik. In den Fokus der letztjährigen Automatica 2018 stellte das DLR Forschungsarbeiten und Projekte für die intelligente, autonome und kollaborative Produktion mit Leichtbaurobotern. Diese Entwicklungen vereinen neueste digitale Technologien mit den traditionellen Stärken in der Automation, im Maschinenbau, in der Elektrotechnik und in der Material- und Verfahrenstechnik, heißt es in einer Medienmitteilung. Dazu gehören Cobots, die so einfach zu programmieren sind wie Smartphones, oder intelligente Montage-Roboter, die sich ihre Programme selbst erstellen. Das DLR-Institut präsentierte hierzu mit SARA (Safe Autonomous Robotic Assistant) eine neue Generation der Leichtbauroboter - intelligent, vernetzt und flexibel. Der Roboterarm SARA zeichnet sich durch neue mechatronische Funktionalitäten sowie seine intuitive Programmierbarkeit aus. Während der Bediener die Aufgabe vormacht, etwa einen Fügevorgang, erfasst SARA die entsprechenden Positions- und Krafttrajektorien simultan, d. h. der DLR-Roboter lernt nicht nur, was er tun soll, sondern auch wie. Dabei agiert der knapp 23 kg schwere Arm sehr feinfühlig und lässt sich federleicht durch seinen großen Arbeitsraum führen. Auf Kommando führt der Roboter seine Aufgaben flink und präzise aus, wobei Kraftverläufe zur Qualitätssicherung mit 8 kHz Abtastrate überwacht werden können. Mit dem neuen DLR-Leichtbauroboter SARA gewinnt die Mensch-Maschine-Kooperation an Intelligenz, Sicherheit und Effizienz und erlaubt damit neue Anwendungsszenarien in der Industrie 4.0, heißt es in der DLR-Medienmitteilung.

Im Fokus der Mensch-Roboter Kollaboration steht ebenfalls die Entwicklung eines intelligenten Roboterassistenten mit intuitiver Programmierung und multimodalen Eingabemöglichkeiten. Mensch und Roboter programmieren gemeinsam, sicher und effizient komplexe Montageaufgaben und kooperieren bei der Ausführung. Innovative und einzigartige Software ermöglicht hierbei eine automatische und intelligente Selbstprogrammierung des Roboters. Fortgeschrittene intelligente Planungs- und Ausführungsalgorithmen erlauben die individuelle und schnelle Konfiguration von Produktionen mit kleinen Losgrößen. Robotersysteme können individuelle Produkte auf Knopfdruck ohne weitere manuelle Anpassungen montieren. Selbst komplexe Montageaufgaben können von dem System zur autonomen Montage robust und zuverlässig bewältigt werden.

Durch mobile autonome Robotersysteme wird die Flexibilität der Produktion enorm gesteigert. Die Autonomie der mobilen Systeme ermöglicht dabei inhärent eine robuste und effektive räumlich unabhängige Ausführung sämtlicher Aufgaben, auch unter stark variierenden Umgebungsbedingungen.

Für die produktionsintegrierte Qualitätssicherung wird am DLR-Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) in Augsburg ein neuartiges robotergestütztes Verfahren entwickelt. Mithilfe der »adaptiven luftgekoppelten Ultraschallprüfung« können große CFK-Strukturen, etwa Flugzeug-Bauteile, genau und effizient auf Fehler untersucht werden. Denn die Ultraschallköpfe des Prüfroboters passen sich automatisiert an die Eigenschaften des Bauteils an und liefern hochwertige 3D-Ultraschallbilder. Im Einsatz ist dazu ein Leichtbauroboter, der in die Steuerung eines Industrieroboters integriert ist.

 

Von der Forschung in den Alltag

 

Wie die Zukunft eines Online-Supermarkts aussehen kann, demonstrierte das DLR im Rahmen des EU-Projekts SOMA (Soft-bodied intelligence for manipulation). Das Exponat war mit einem Leichtbau-Roboterarm und einem von der DLR als »CLASH Hand« bezeichneten, nachgiebigen, kostengünstigen Greifer ausgestattet. Mit der CLASH-Hand kann der Roboter Obst, Gemüse und andere Objekte unterschiedlichster Form, Größe, Härte und Gewicht zuverlässig greifen und verpacken. Der Prozess erfolgt dabei vollständig automatisch. Die neuartige Roboterhand CLASH (Compliant Low-cost Antagonistic Servo Hand) wurde im Rahmen des EU-Projekts Soma erstellt, um Früchte und Gemüse zu greifen. Basierend auf variabler Steifigkeitsaktuierung wurde mit Hilfe von Rapid Prototyping und optimierter Seilverkopplung diese sehr günstige und performante Hand entwickelt. Die Hand wurde  auf der Automatica 2018erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.

Eine wichtige Eigenschaft dieser Hand ist, dass die mechanische Steifigkeit der Finger durch zwei zusätzliche Antriebe angepasst werden kann. Dies erlaubt z. B. beim Greifen einer Mango, in der Kontaktphase sehr weich zu sein, um die Anzahl der Kontaktpunkte zu erhöhen, aber gleichzeitig die Kontaktkräfte klein zu halten. Zum Anheben wird die Steifigkeit erhöht, um einen sicheren Griff des Objekts zu gewährleisten.

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Aktueller industrietypischer Robotereinsatz: Handling und Bearbeitung von komplexen Werkstücken aus Cfk-verstärktem Material. Alle Bilder: DLR

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MRK-Anwendung: Mensch und Roboter arbeiten »Hand-in-Hand« Ohne Sicherheitsrisiko.

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Die »humanoid« gestaltete DLR-Roboterplattform Justin wurde bereits sehr erfolgreich als mobile Robotereinheit als auch  als ferngesteuerte Einheit erprobt. Zuletzt wurden die Aktionskommandos auch von der ISS-Weltraumstation gesendet.

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