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World Robot Summit: Wettkampf der Industrieroboter – Klassik gegen Moderne

Im Wettbewerb des World Robot Summit in Tokio werden Industrieroboter vor neue Herausforderungen gestellt: Sie sollen flexibler werden.

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World Robot Summit: Wettkampf der Industrieroboter – Klassik gegen Moderne

(Bild: heise online / Hans-Arthur Marsiske)

Industrieroboter sind seit über 50 Jahren im Einsatz. Die erste dieser programmierbaren Maschinen zur Bearbeitung und Montage von Werkstücken nahm unter dem Namen Unimate im Jahr 1961 beim Autohersteller Ford den Betrieb auf. Seitdem sind weltweit weit über zwei Millionen installiert worden. Industrieroboter können daher als ausgereifte Technik gelten. Im Wettbewerb des World Robot Summit in Tokio werden sie jedoch vor neue Herausforderungen gestellt: Sie sollen flexibler werden.

Yasuyoshi Yokokohji (Kobe University), Leiter der Industrial Robotics Category des World Robot Summit (WRS), räumt ein, dass die meisten Menschen diesen Robotern im täglichen Leben nicht begegnen. Gleichwohl spielten sie "eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung unseres Lebensstils und dem Verwirklichen einer glücklichen Gesellschaft". Sie seien gut darin, Bewegungen rasch und präzise zu wiederholen. Mit den Anforderungen moderner, variabler Produktion kämen sie jedoch nicht gut zurecht. Der Wettbewerb in Tokio soll helfen, das zu ändern.

Der Bereich der Industrial Robotics Category unterscheidet sich von anderen Roboterwettbewerben, weil die Roboterarme abgeschirmt von Menschen in Glaskäfigen operieren. Auf Sicherheit wurde von den Organisatoren großer Wert gelegt, ganz ähnlich wie in realen Fabriken: Sobald die Tür zum abgeschirmten Bereich geöffnet wird, stehen die Roboter still. Außerdem sind die Teammitglieder angehalten, sich bei den immer wieder notwendigen manuellen Eingriffen nicht hastig zu bewegen und nicht zu rennen, auch wenn für die Erfüllung der Aufgaben nur begrenzt Zeit zur Verfügung steht.

Die Aufgabenstellung ist dreigeteilt: Am ersten Tag ging es zunächst darum, Montageteile an den vorgesehenen Stellen auf einer Arbeitsplatte zu platzieren. Beim "Kitting" am zweiten Tag mussten die Teile nur in einer Schachtel abgelegt, dafür aber vorher aus einem Behälter gegriffen werden, in dem sie völlig ungeordnet lagen. An den beiden anderen Tagen schließlich war die Montage eines kompletten Getriebes gefordert, wobei heute noch ein "Überraschungsteil" hinzukam, das sich zum Beispiel in der Größe von den bisher verwendeten unterscheiden konnte. Den Teams wurde dieses Teil erst zwei Stunden vor Wettbewerbsbeginn übergeben, sie konnten sich aber zuvor für eine von fünf Komplexitätsstufen entscheiden. So konnte es sich beim Antriebsriemen etwa um einen glatten Gummiriemen, einen gezahnten oder auch um eine Metallkette handeln.

World Robot Summit: Wettkampf der Industrieroboter (12 Bilder)

So sahen die Einzelteile aus, aus denen die Teams innerhalb von 60 Minuten bis zu drei Getriebe montieren sollten…
(Bild: Hans-Arthur Marsiske)

Christian Deppe von der Firma Festo, der beim RoboCup die Logistics League mit aufgebaut hat und beim WRS jetzt als Schiedsrichter mitwirkt, zeigte sich beeindruckt, wie sich sowohl klassische Verfahren der Industrierobotik als auch neuere, mit Künstlicher Intelligenz (KI) arbeitende Ansätze bei diesen Aufgaben bewährten. Die Bewegungen und anzusteuernden Positionen der Roboter ließen sich von Menschen programmieren oder könnten aus aktuellen Sensorinformationen durch die Roboter selbst errechnet werden. Letzteres führt zu langsameren Bewegungen der Roboter, weist aber eher in die Zukunft einer flexiblen automatisierten Produktion, die rasch auf veränderte Kundenwünsche reagieren kann, bis hin zu individualisierten Massenprodukten. Das Zauberwort lautet "Losgröße: 1".

Den KI-Ansatz repräsentiert in Tokio zum Beispiel das Team SDU Robotics von der University of Southern Denmark. "Wir arbeiten mit den Bildern einer an der Decke befestigten Kamera und nutzen Kraftrückkopplung in den Armen", sagt Teammitglied Christian Schlette. Dadurch könne der Roboter auch ohne präzise Positionsvorgaben Teile in die vorgesehenen Öffnungen bewegen, selbst bei geringem Spielraum. Außerdem könne der Roboter gelernte Bewegungsabläufe selbstständig skalieren, also auf andere Dimensionen übertragen (dynamic motion primitives). Das brachte dem dänischen Team an den beiden ersten Tagen die Führungsposition.

Für den klassischen Ansatz steht dagegen das japanische Team FA.COM Robotics von der gleichnamigen Firma. Insofern markiert der WRS recht gut den Übergang zwischen den beiden Welten und verdeutlicht auch die Schwierigkeiten, ihn zu vollziehen. Wer mitverfolgt, wie elegant die beiden FA.COM-Roboterarme die Getriebeteile zusammenfügen, versteht, dass so ein bewährtes Verfahren nicht ohne weiteres aufgegeben wird. Allerdings brauchten die Roboter beim Aufspannen des Gummiriemens zweimal menschliche Hilfe, bevor es im dritten Anlauf klappte. "Hier wünschen wir uns mehr Autonomie", sagt Tim Niemüller (RWTH Aachen), ebenfalls ein erfahrener RoboCup-Teilnehmer, der für den WRS als Schiedsrichter engagiert wurde. "Der Roboter sollte selbst erkennen, wenn er ein Teil falsch gegriffen hat, und sich korrigieren können."

Am Ende war FA.COM jedoch das einzige Team, dem die Montage eines funktionierenden Getriebes gelang. Ob das reicht, um den Punkterückstand gegenüber SDU aufzuholen, ist noch unklar. Entgegen der Ankündigung im WRS-Programm sollen die Gewinner erst am morgigen Sonntag bekanntgegeben werden. Ein Jurymitglied verwies darauf, dass der Wettbewerb schließlich unter dem Titel "Assembly Challenge" laufe. Da wäre es doch widersinnig, dem einzigen dabei erfolgreichen Team nicht auch den Sieg zuzusprechen.

Ob sich in zwei Jahren, wenn der WRS seine eigentliche Premiere erlebt, das Verhältnis von Klassik und Moderne der Industrierobotik umgekehrt haben wird? Yasuyoshi Yokokohji gibt sich zuversichtlich: "Ich glaube, dass am Wettbewerb 2020 Roboter teilnehmen werden, die in der Lage sind, noch schwierigere Montagearbeiten durchzuführen. Ich freue mich schon darauf." (Hans-Arthur Marsiske) / (anw)

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