Industrierobotik im Wandel

Mensch und Maschine Hand in Hand

Was hat die zunehmende Sensorik in Roboteranwendungen mit der Natur zu tun? Sehr viel, denn in der Biologie ist Sensorik omnipräsent. Jede Pflanze und jedes Tier ist übersät mit „Sensoren“. Diese werden in der Biologie mit Sinnen und Wahrnehmungen bezeichnet. Jede Pflanze strebt nach der Sonne und reagiert auf Feuchtigkeit und Trockenheit und weiss wo unten und oben ist. Die Tiere riechen ihre Beute und Artgenossen, hören und sehen teilweise sehr gut, spüren kleinste Vibrationen und teilweise das Magnetfeld, schmecken welche Nahrung gut oder schädlich ist, haben einen überwältigenden Gleichgewichts- und Orientierungssinn.

Das Bild klassischer Industrieroboter, eingesperrt in Käfigen, fest verbunden auf massiven Sockeln wird immer mehr ersetzt durch mobile, flexible und aufmerksame und fast schon sensible Roboter. Collaborative Work ist der Trend und beschreibt die direkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter. Die Arbeitsteilung erfolgt im wahrsten Sinne «Hand in Hand». Damit die dafür nötige Flexibilität, Aufmerksamkeit und Sensibilität seitens des Roboters gewährleistet ist, braucht es viele Sensoren. Diese Sensoren entsprechen den Sinnen und Wahrnehmungen eines Lebewesens, das in seinem Ökosystem zurechtkommt, kommuniziert und lebt. Visuelle-, Kraft/Druck-, Beschleunigungs-, Näherungs- und Temperatursensoren lassen den Roboter die Umgebung wahrnehmen und garantieren dessen sichere und zuverlässige Steuerung und Regelung in der Zusammenarbeit mit Menschen.

Die Sensorik und Prozessorsteuerung ermöglichten die Erfassung und Verarbeitung der Daten um die entsprechende Aktion oder Reaktion auszuführen. Diese ununterbrochenen Feedbackloops sind zentral für eine erfolgreiche Zusammenarbeit und die Lernprozesse zwischen Maschine und Mensch.

Heute und Zukunft

Die Sensorik wird somit immer wichtiger und präsenter. Die Vielfalt und Empfindlichkeit der Sensoren werden weiter zunehmen. Die steigenden Prozessorleistungen ermöglichen eine real-time Auswertung der Signale und das Feld von neuen Möglichkeiten und Anwendungsfeldern ist weit offen. Schon heute sind diese Möglichkeiten vielfältig und das Potential von optimierten technischen Lösungen und Effizienzsteigerungen ist sehr gross.

Wo fängt man an?

Bei der Vielfalt an Produkten und den vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten kann es dem Entwickler schon mal schwindlig werden. Der übliche Zeitdruck hilft da auch nicht weiter und so wird oft auf das altbekannte zurückgegriffen.

Eine effiziente Methode ist, sich von der Biologie inspirieren zu lassen. Beispielsweise wie bewegt sich ein Arm von einem Arbeiter bei einem Pick and Place Vorgang und welche Sinne werden dabei benötigt? Die Augen, der Tastsinn und der Gleichgewichtssinn sind nötig, um diese Aktionen des Arms zu steuern. Das legt nahe, dass eine Kombination von visuellen, Kraft- und Beschleunigungssensoren die Aufgabe eines entsprechenden Roboterarmes lösen können.

Die Weisheit in der Biologie

Bemerkenswert ist jeweils, dass bei Analogien aus der Biologie, die Sicherheitsaspekte bereits weitgehend abgedeckt sind. Beim obigen Beispiel wären bei einer traditionellen Bewegungsanalyse nicht zwingend Kraft- und Beschleunigungssensoren nötig. Für einen Coworking-Roboter mit einem wirkungsvollen Sicherheitskonzept sind diese jedoch essenziell.

Photo by David Levêque