Mitarbeiter lernt einen Roboter mittels Tablet an

Artiminds Robotics macht es für neue Robotik-Anwender aus KMU und Handwerk möglich, ihre Roboter nach dem Baukastenprinzip selbst zu programmieren. - Bild: Artiminds Robotics

Als kleiner oder mittelständischer Betrieb freuen Sie sich über den Evolutionssprung ihrer Automatisierung ‒ ein Roboter soll Ihre Produktion oder Ihr Gewerk effizienter machen. Über Angebote der Roboter-Kollegen mangelt es nicht. Während die Hardware Ihres neuen Roboters oder Cobots schon auf dem Versandweg ist, treibt Ihnen die Programmierung des neuen Mitarbeiters jedoch Schweißperlen auf die Stirn.

Die gute Nachricht: Software-Experten wedeln Ihnen nicht nur Luft zu, sie haben auch Ihre Programmier-Baukästen so vereinfacht, dass die Roboter-Programmierung zum Kinderspiel wird. Warum Sie also keinen teuren Software-Ingenieur für Ihren Betrieb anheuern müssen, erklären Ihnen die Experten im Teil I unseres großen Interviews.

1. Wie hat sich die Programmierung von größeren Robotern und Cobots in den letzten Jahren geändert und warum?

Werner Kraus, Fraunhofer IPA: “Da zum Beispiel aufgrund von kleinen Losgrößen oder Produktvarianten oft umprogrammiert werden muss, ist eine einfache und schnelle Programmierung das A und O. Könnten dies weiterhin nur Experten erledigen, wären das sehr hohe Zeit- und Kostenaufwände ‒ vergleichbar mit der Wartezeit auf einen Handwerker. Aus dieser Not entsteht aber die ‘Demokratisierung’ der Robotik. Das heißt, dass auch Laien Roboter programmieren möchten oder gar müssen. Vorbild sind Smartphones und Tablets, die hohe Erwartungen hinsichtlich einer intuitiven Bedienung geweckt haben.”

Werner Kraus Fraunhofer IPA. - Bild: Fraunhofer IPA

Zur Person: Werner Kraus leitet seit 2019 die Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer IPA. Sein Forschungsschwerpunkt ist die kognitive Robotik, um Roboter in etablierten Anwendungen wie der Produktion effizienter einzusetzen und um neue Anwendungsfelder wie zum Beispiel in Landwirtschaft, Logistik oder Gesundheitswesen zu erschließen. Zudem ist er in nationalen und internationalen Gremien tätig, darunter im Board of Directors der euRobotics und der International Federation of Robotics (IFR).

Roboter-Programm Funktionsbausteine modular zusammensetzen

Silke Glasstetter, Artiminds Robotics: “Um den Einsatz von Robotern der breiten Masse und für ein großes Spektrum an Einsatzfeldern zu ermöglichen, muss es auch für unerfahrene oder weniger erfahrene Unternehmen möglich sein, Roboter zu programmieren. Häufig werden Anwendungsfälle ja erst einmal identifiziert, das heißt, es geht im ersten Schritt um Machbarkeitsuntersuchungen und Prototypen. Wenn hier der Aufwand schon zu groß ist und die Kosten durch die Decke gehen, schreckt das Unternehmen natürlich zunächst ab.

Deshalb können No-Code- oder Low-Code-Softwarelösungen helfen, die Roboter-Programmierung zu vereinfachen, so dass auch ohne spezifisches Expertenwissen Anwendungen umgesetzt werden können. Das Roboter-Programm wird hierbei über vordefinierte Funktionsbausteine modular und über eine grafische Benutzeroberfläche zusammengestellt. Im Optimalfall erzeugt die Software daraus am Ende sogar nativen einen Roboter-Code, der wie das konventionell per Hand geschriebene Programm auf der Standardsteuerung des Roboterherstellers läuft.”

Silke Glasstetter, Artiminds Robotics. - Bild: Artiminds Robotics

Zu Artiminds Robotics: Wenn es um die universelle Roboter-Programmierung oder anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben geht, ist das Karlsruher Unternehmen ein international gefragter Lösungsanbieter. Artiminds bietet für seine Kunden in der ArtiMinds Academy zudem praxisnahe Trainings an. Die Nordbadener haben das Ziel, für Robotik-Anwender eine einfache Programmierung und Bedienung ihres Roboters zu gewährleisten. Dies setzen sie mit Beratungen und Trainings vor Ort um.

Im Bild: Silke Glasstetter, Head of Marketing bei Artiminds Robotics

Bewegungssimulation kommt größere Bedeutung zu

Gunnar Bloss, werk5: "Die Programmierung wird inzwischen wie in der CNC-Technik von CAM-Systemen erledigt, die dem Nutzer einen einfacheren Zugang als eine 1:1-Bahnprogrammierung bieten. In der Robotik kommt der Bewegungssimulation eine größere Bedeutung zu. Dies wird inzwischen auch durch schnelle Visualisierungen und einfacher zu bedienende Softwarewerkzeuge ermöglicht."

Gunnar Bloss, werk5. - Bild: werk5

Zu werk5: Die Berliner vereinen Handwerk und digitale Technik. Industrietechnologie trifft auf die hohe Handwerkskunst. Bei der Manufaktur in der Bundeshauptstadt arbeiten innovative Software-Experten mit Modellbauern zusammen, um maßgeschneiderte Lösungen für Industrie- und Gewerbekunden auf die (Roboter-)Beine stellen.

Im Bild: Gunnar Bloss, Geschäftsführer von werk5

Video: Roboter programmieren ganz ohne Roboter-Code zu schreiben

Wie Sie Roboter unterschiedlicher Hersteller einfach programmieren ohne eine einzige Zeile Roboter-Code schreiben zu müssen haben wir beim Besuch von Artiminds Robotics erfahren!

2. Wie muss eine einfache und schnelle Roboterprogrammierung aussehen?

Werner Kraus: “Eine solche Programmierung sollte schnelle Erfolgserlebnisse bieten und auch die Umsetzung kreativer Ideen ermöglichen. Best practice ist hierfür eine grafische Bedienoberfläche. Zusätzlich kommen sogenannte Skills zum Einsatz: Das sind kleine Funktionsbausteine, die man einfach auswählen und daraus ein Roboterprogramm zusammenstellen kann. Es sind dann auch keine Kenntnisse in einer Programmiersprache erforderlich, weil sich der Code hinter den Skills ‚verbirgt‘. Ein Skill kann beispielsweise einen Schraubprozess steuern.”

Maschinelles Lernen für den Alltag

Gunnar Bloss: “Ziel muss es in der Einzelfertigung sein, Einstellparameter auf das mögliche Minimum zu reduzieren und den Schwerpunkt auf schnelle Wechsel von Aufgaben zu legen. Eine nächste Stufe der Vereinfachung bietet das schnelle Teachen von einfachen Bewegungen, die der Roboter mit entsprechender Sensorik zum Teil auch selbst nachregulieren kann. Unser Forschungsansatz bei werk5, gemeinsam mit dem DLR, dem Fraunhofer IWU, interactive-scape und anderen Handwerkern, geht noch einen Schritt weiter. Wir wollen den Roboter nicht nur reagieren, sondern ihn auch lernen lassen. So dass er zum Beispiel von einem Handwerker für bestimmte Aufgaben selbst trainiert werden kann ‒ maschinelles Lernen für den Alltag sozusagen.“

Mitarbeiterin sitzt vor zwei Monitoren und programmiert einen Roboter im Hintergrund
Ein Programm, das der Software-Experte mit der RPS für einen bestimmten Roboter-Typ erstellt hat, lässt sich auch auf einen Kuka-Industrieroboter übertragen. Artiminds Robotics zeigt Kunden, die eine Roboter-gesteuerte Automatisierungslösung suchen, wie sie einen einmal programmierten Prozess in der RPS noch weiter optimieren, um konstant qualitativ zu produzieren. - Bild: Artiminds Robotics

Roboterprogrammierung via Drag-and-Drop

Silke Glasstetter: "Eine einfache und schnelle Roboterprogrammierung setzt sich aus drei Schritten zusammen. Im ersten Schritt erstellen Anwender eine Aufgabensequenz per Drag-and-Drop. Aus vordefinierten Funktionsbausteinen wird das Roboterprogramm per Drag-and-Drop erstellt, ohne eine einzige Zeile Robotercode selbst schreiben zu müssen. Die Bausteine sollten nahezu alle Aufgabenstellungen, beziehungsweise denkbaren Teilprozesse abdecken, damit der Anwender den größtmöglichen Nutzen hat und in der Anwendung flexibel bleibt.

Das Hardware-Set-up, also Roboter und Peripheriegeräte, sollte sich zum Beispiel über einen Roboter-Konfigurator einfach konfigurieren lassen. Damit der üblicherweise hohe Programmieraufwand zur Integration von Kameras, Kraft-Momenten-Sensoren oder elektrischen Greifern entfällt, müssen alle Treiber in der Software integriert sein. Ebenfalls wichtig ist die problemlose Integration einer SPS-Kommunikation.

Einer dieser Roboter könnte schon bald Ihr neuer Kollege sein!

Überkopf bohren - leichter mit Robotern! Ein neues Roboter-System von Hilti macht's möglich. Bild: Hilti

Aufgepasst Handwerker! Einer dieser 5 Roboter könnte schon bald Ihr neuer Kollege sein. Wie die Neu-Entwicklungen den Arbeitsalltag erleichtern, lesen Sie hier.


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Roboter teachen und Parameter zuweisen

Im zweiten Schritt teachen Sie den Roboter und weisen ihm Parameter zu. Auf die Aufgabensequenz folgt die prozessorientierte Parametrierung der einzelnen Bausteine. Hier können sogenannte ‘Wizards’ helfen, die Schritt für Schritt durch den Einrichtungsprozess führen. Hilfsfunktionen wie automatische Bahngenerierung aus CAD-Modellen vereinfachen die Programmierung ebenfalls. Schlüsselpunkte lassen sich direkt über den Roboter oder direkt in der Software teachen.

Ist diese Kombination aus Online- und Offline-Programmierung gegeben, profitiert der Anwender von einem nahtlosen Übergang von der Planung einer Roboterzelle, über die Inbetriebnahme bis zur Instandhaltung, was wiederum Probleme zwischen den einzelnen Phasen und verantwortlichen Personen verhindert, da alle einheitlich mit einem Tool und auf Basis der gleichen Informationen arbeiten können. Wichtig ist auch, dass die Software kein in sich geschlossenes System ist, sondern dass die Möglichkeit besteht, dass der Anwender Teilprozesse auch selbst auf ‘normalem’ Weg programmiert und in die Software übernimmt.

 

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Visualisierung in 3D-Simulationsumgebung

Der letzte wichtige Schritt ist die Visualisierung des erstellten Programms in einer 3D-Simulationsumgebung, um zum Beispiel Kollisionen zu verhindern und Erreichbarkeiten zu prüfen. Im Optimalfall generiert die Software abschließend automatisch einen nativen Roboter-Code. Dieser läuft, ohne zusätzliche Hardware, direkt auf der Standardsteuerung des Roboterherstellers. Andere Lösungen arbeiten mit ROS.

Dieses Open Source Framework war ursprünglich für den Einsatz im Forschungsbereich vorgesehen. Bei Roboteranwendungen, die mit auf ROS basierenden Softwarelösungen programmiert wurden, muss diese Software im Hintergrund permanent laufen. Da sie als Controller fungiert, wird separate Hardware, zuzüglich zur Robotersteuerung, benötigt.”

Erfahren Sie in Teil II unseres Interviews, welche Vorkenntnisse Robotik-Neulinge bei der Programmierung brauchen, welche unterschiedlichen Baukastensysteme es bei der Roboter-Programmierung gibt und warum Schulen dringend Robotik-Unterricht brauchen...

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