Framence, Anbieter fotorealistischer digitaler Zwillinge, und der Roboterhersteller Anybotics arbeiten im Rahmen des Kooperationsprojekts ‚T-IRIS‘ (Twin-Integrated Robotic Inspection Solution) zusammen, um die Nutzung des vierbeinigen Industrieroboters ‚Anymal‘ für den ungeschulten Endanwender so einfach wie möglich zu gestalten. Gleichzeitig sollen den Anwendern jedoch alle Funktionen und Fähigkeiten des autonomen Roboters zur Verfügung stehen. Hierfür wird ein fotorealistischer digitaler Zwilling als Benutzeroberfläche und Datenplattform genutzt, so dass die Planung von Inspektionsarbeiten direkt innerhalb der fotorealistischen Umgebung stattfinden kann. Zusätzlich ermöglicht die Nutzung eines fotorealistischen digitalen Zwillings den intuitiven Zugriff auf die vom Roboter übermittelten Inspektionsergebnisse.

Inspektionen durch Anymal

Der vierbeinige Roboter von Anybotics kann dank seiner KI-gestützten Mobilität Inspektionen in mehrstöckigen und komplexen Einrichtungen autonom durchführen. Mit seinen vier Beinen bewegt sich Anymal problemlos über unebenes Terrain und erklimmt sogar Treppen mit bis zu 45° Steigung. Mit seinem robusten Design, Aufprallschutz und seiner IP67-Staub- und Wasserdichtigkeit eignet sich der Roboter speziell für industrielle Umgebungen.

Während seiner Inspektionsmissionen liefert Anymal durch den Einsatz hochauflösender Sensoren und maschinellen Lernens genaue, zum Teil bereits analysierte Echtzeitdaten, die sich über die Anybotics-API direkt an Drittsysteme übertragen lassen. Zur Inspektionsausstattung gehören standardmäßig eine 4K-Zoom-Kamera, eine Wärmebildkamera, ein Ultraschallmikrofon sowie ein Scheinwerfer. Zur Datenübertragung verfügt der 55 kg schwere Roboter über ein eingebautes Wi-Fi-Modul, eine Erweiterung um ein LTE-Modul ist möglich. Anymal kann pro Akkuladung 90 bis 120 Minuten lang im Werk Inspektionen durchführen und anschließend autonom zu seiner Ladestation zurückkehren.

Fotorealistische digitale Zwillinge als Benutzeroberfläche

Für die möglichst benutzerfreundliche Steuerung des Roboters wird die Zwillings-Software von Framence verwendet. Das Unternehmen hat ein Verfahren zur Erstellung von digitalen Zwillingen entwickelt, die die Realität fotorealistisch à la Street View abbilden. Aus einfachen Fotos, die mittels einer Digitalkamera gemacht werden, entsteht ein maßhaltiger, fotorealistischer digitaler Zwilling der Gesamtumgebung eines Standorts. Eine Nachmodellierung ist nicht notwendig. Da die Software herstelleragnostisch ist, können Informationen aus Fremdsystemen wie zum Beispiel Dashboards, Anleitungen und Videos, aber auch Inspektionsdaten von Robotern in den fotorealistischen Zwilling eingebunden und an der jeweiligen Anlage angezeigt werden. Die Anzeige solcher Daten im System funktioniert hier oft über sogenannte Points-of-Information (PoI), die als Punkt mit eindeutiger 3D-Position an der entsprechenden Anlage im Zwilling platziert werden.

Die Integration

Das Inspektionsergebnis der Brennofentür ist sofort im fotorealistischen digitalen Zwilling abrufbar. Der Nutzer kann jegliche im Bildmodell vorhandenen Daten über PoI abrufen, bearbeiten und speichern.

© Framence

Über den fotorealistischen digitalen Zwilling kann können Anwender Inspektionsbefehle direkt an den vierbeinigen Roboter senden – dies können zum Beispiel Inspektionen einzelner Anlagen sein, die sich jederzeit und ad-hoc mit nur einem Klick ausführen lassen. So lassen sich kritische Situationen prüfen, ohne dafür Menschenleben gefährden zu müssen. Komplexe Missionen können aus einer Vielzahl einzelner Inspektionen im fotorealistischen Modell im Voraus geplant, gespeichert und sowohl ad-hoc als auch zyklisch ausgeführt werden. Nach dem erfolgreichen Abschluss einer Inspektion kehrt Anymal automatisch zur Ladestation zurück, wo er auf die nächste Mission wartet.

Ist auf den Inspektionsrouten eine stabile Internetverbindung vorhanden, können Nutzer den Fortschritt und die Ergebnisse der Inspektion in Echtzeit verfolgen. Da aber gerade komplexe Industrieanlagen nicht immer ganzheitliche Internet-Abdeckung aufweisen, speichert der Roboter in Bereichen ohne Internet-Verbindung die Inspektionsdaten. Sobald wieder eine Internet-Verbindung aufgebaut werden kann (zum Beispiel im Bereich der Ladestation), überträgt Anymal die Daten an den fotorealistischen digitalen Zwilling zur Auswertung seitens des Anwenders.

Die Ergebnisse der einzelnen Inspektionen werden automatisch mithilfe der PoI direkt an das entsprechende Asset im fotorealistischen Zwilling angehängt. Zusätzlich gibt es ein Missionstool, das alle Abläufe und Ergebnisse zusammenfasst. Das ganze System lässt sich mit zusätzlicher Logik und Intelligenz verknüpfen, wodurch die Inspektionsergebnisse nicht nur gespeichert, sondern auch analysiert und interpretiert werden. So lassen sich beispielsweise Warnmeldungen konfigurieren, sollten aufgenommene Werte außerhalb der Norm liegen.

Vorbereitungen des Pilotprojekts

Nach dem Erklimmen der Metalltreppen führt Anymal eine Inspektion der Brennofentür mit der Wärmebildkamera durch.

© Framence

Im Rahmen des Pilotprojekts wurde Anymal in einem Müllheizkraftwerk getestet. Im dortigen Kesselhaus gibt es zahlreiche Bereiche, die für Mitarbeiter aufgrund von Lärm und hohen Temperaturen körperlich belastend sind oder sogar gefährlich sein können. Der Einsatz eines Roboters kann hier eine effektive Ergänzung sein, um die Sicherheit der Mitarbeiter zu gewährleisten.

Zu Beginn des Pilotprojekts wurden zur Erstellung des fotorealistischen digitalen Zwillings Fotos der Bereiche im Kesselhaus aufgenommen, in denen der Inspektionsroboter agieren soll. Nachdem diese Fotos zum digitalen Zwilling verarbeitet wurden, erfolgte die Missionsplanung für den Roboter am Bildschirm. Definiert wurden die zu inspizierenden Anlagen und die Art der Inspektion – zum Beispiel Foto-, Video- und Audioaufnahmen sowie Temperaturmessungen. Nachdem in Abstimmung mit den Betreibern des Müllheizkraftwerks alle relevanten Inspektionen definiert und in verschiedenen komplexen Missionen zusammengefasst wurden, konnte die Inbetriebnahme vor Ort beginnen.

Unterwegs im Müllheizkraftwerk

Durch die Vorbereitungen im fotorealistischen Modell konnte Anymal schon nach nur wenigen Stunden vollständige Robotermissionen über den Zwilling ausführen.

Eine der größeren Herausforderungen bei der Inbetriebnahme waren die zum Teil sehr schmalen Gänge sowie die nahezu 45° steilen Treppen. Diese wurden vorab im digitalen Zwilling vermessen und geprüft und stellten somit letztlich für den Roboter kein Problem dar. So ließen sich zahlreiche Inspektionen auf verschiedenen Ebenen des Kesselhauses durchführen. Zusätzlich wurde eine Vielzahl von Analog- und Digitalsensoren, Stellrädern, Ventilen und Audiosignalen mit den Kameras und Mikrofonen des vierbeinigen Helfers erfasst und die entsprechenden Inspektionsergebnisse an den digitalen Zwilling übermittelt.

In Anbetracht der schnellen und einfachen Inbetriebnahme sowie Nutzung des Roboters vor Ort und der intuitiven Bedienung des digitalen Zwillings als Kommunikations- sowie als Datenplattform war das Pilotprojekt ein großer Erfolg. Die Zielsetzung, mit der Verbundlösung von Roboter und digitalem Zwilling die ‚Adoptionsbarriere‘ von Robotern in Inspektions- und Wartungsaufgaben zu überwinden, wurde erreicht.