Deutschland liegt hinsichtlich des Einsatzes von Industrie-robotern weltweit auf Rang 3. Laut der International Federation of Robotics (IFR) kommen auf 10.000 Beschäftigte 322 Industrieroboter. Nur noch Südkorea und Singapur liegen davor. Die hohe Roboterdichte in der Industrie ist insbesondere auf die großen deutschen Branchen wie die Automobilindustrie zurückzuführen, die ein Drittel aller Industrieroboter weltweit bestellt. Doch die Herausforderung liegt darin, die Automatisierung auch für kleine und mittelständische Unternehmen interessant zu machen. Die größten Hürden auf diesem Weg sind derzeit noch die hohen Anschaffungskosten und die mangelnde Flexibilität in der Anwendung. Letzteres ist unter anderem auf die komplexe Programmierung zurückzuführen.

Die Erstellung von Roboterprogrammen läuft momentan nach verschiedenen Verfahren ab – abhängig vom Hersteller, geplanten Einsatz und der nötigen ­Flexibilität des Industrie-roboters. Zu den bekannten Verfahren zählen unter an­derem das Teachen mit einem Programmierhandgerät, das Vorgeben von Be­wegungen durch Zeigen beziehungsweise Instruieren oder die Programm-Erstellung in einer CAD-basierten Simulationsumgebung. Insbesondere die letztere Variante ist recht aufwendig und setzt fundierte Kenntnisse in der Programmiersprache des Roboterherstellers voraus. Die Programmierung und Funktionserweiterung ist darum sehr zeit- und kosten-intensiv, was den flexiblen Einsatz von Robotern verhindert. Vor diesem Hintergrund arbeiten Hersteller und unabhängige Software-Unternehmen und Forschungsinstitute mit Hochdruck an verschiedenen Lösungen, um den Einsatz von Industrierobotern flexibler zu gestalten.

Eine davon ist am Fraunhofer IPA entstanden – entwickelt von einem Team um Martin Naumann. Die sogenannte drag&bot Software soll die Roboterprogrammierung so einfach wie die Bedienung eines Smartphones machen. Ziel ist es, dass auch Produktionsmitarbeiter ohne Robotik-Know-how in der Lage sind, Industrieroboter zu programmieren. Damit auch ungeschultes Personal schnell und intuitiv neue Funktionsabläufe erstellen kann, wird es von verschiedenen Bedien- und Eingabehilfen – auch Wizards genannt – unterstützt. Damit ist die einfache Parametrisierung der Programmsequenzen möglich. 

Die Programmbausteine beziehungsweise Funktionsblöcke werden anschließend nach dem Drag-&-Drop-Prinzip zu ausführbaren Applikationen zusammengeführt. Der Vorteil: Über die Cloud können die programmierten Abläufe mit allen unternehmensinternen Robotern geteilt und wiederverwendet werden. Der Nutzer hat außerdem die Möglichkeit, die bestehenden Programme zu kopieren und für seinen Anwendungsbereich individuell anzupassen.
 

Unabhängig von Hersteller und Hardware

Einer der großen Vorteile von drag&bot: Die Benutzeroberfläche ist nicht nur einfach zu bedienen, sondern bietet auch eine einheitliche Oberfläche unabhängig vom genutzten Roboter. Die Software drag&bot unterstützt bereits Universal Robot, Kuka, Denso, Fanuc und ABB sowie diverse Greifer, Schraubwerkzeuge, sonstige über I/Os ansteuerbare Werkzeuge und verschiedene Kameras sowie Bildverarbeitungsbibliotheken. Und auch hier geht die Integration weiterer Werkzeuge und Peripheriegeräte kontinuierlich weiter. Der modulare Aufbau der Software erleichtert diese Integrationsprozesse.

Die Software drag&bot liefert fertige Programmbausteine, die sich zu komplexen­Roboterapplikationen zusammenfügen lassen.

© drag&bot

Die Software drag&bot besteht aus zwei Teilen: der Cloud-basierten Bedienoberfläche sowie der auf einem Industrie-PC laufenden Ausführungsumgebung, die mit der Robotersteuerung und weiteren Peripheriegeräten kommuniziert und den Applikationsablauf steuert. Die Ausführungsumgebung stellt eine Abstraktionsschicht dar und bildet die Grundlage einer einheitlichen Bedienoberfläche für Roboter unterschiedlicher Hersteller. 

Derzeit kommt drag&bot bereits für diverse Applikationen zum Einsatz – zum Beispiel beim Maschinenbe- und -entladen. Hersteller von Spritzguss-Kunststoffteilen oder Metallteilen etwa stehen immer vor der Aufgabe, Teile in Maschinen einzulegen und auch zu entnehmen. Oft werden hierfür Mitarbeiter eingesetzt, die stundenlang ausschließlich Teile aus Kisten oder Magazinen der Maschine zuführen und nach erfolgter Bearbeitung wieder in die Kisten oder Magazine zurücklegen. Diese Aufgaben sind für Roboter ideal geeignet. Mit drag&bot können Mit-arbeiter der Unternehmen die Roboter selbst instruieren und an teile- und anlagenspezifische Gegebenheiten anpassen. Der Vorteil gegenüber einer zugekauften schlüsselfertigen Komplettlösung ist, dass der Kunde die Roboter bei der Änderung dieses Prozesses oder beim Einlernen anderer Teile einfach selbstständig umprogrammieren kann. Zudem lassen sich im Vergleich mit einer zugekauften Komplettlösung bis zu 50 % der Investitionskosten einsparen, da viele Aufgaben – insbesondere die Programmierung – vom Anwender selbst übernommen werden können. 

Ein weiterer typischer Anwendungsfall für den neuen Software-Ansatz ist die Automatisierung von Qualitätsprüfungen. Viele Produkte, Baugruppen oder Teile sind nach der Fertigung auf unterschiedlichste Art und Weise auf ihre Qualität hin zu überprüfen. Oftmals werden dabei ausgewählte oder alle Teile einzeln in Prüfvorrichtungen eingelegt und wieder entnommen. Häufig ist dieser Vorgang sehr zeit- und kostenintensiv, da Mit-arbeiter Teile einzeln per Hand in die Prüfmaschine legen, die Tür schließen, das Prüfprogramm manuell starten und anschließend die Teile wieder aus der Maschine nehmen müssen. Bisher war eine Automatisierung aufgrund vieler Varianten nicht kosteneffizient möglich. Mit drag&bot ist der Kunde nun in der Lage, für verschiedenste Varianten den Roboter selbst zu instruieren und somit Qualitätsprüfungen flexibel zu automatisieren.

Beispiel Nummer drei: Montage-Arbeiten in der Automobil-industrie, der Automatisierungsbranche Nummer 1 in Deutschland. Bisher werden Industrieroboter dort in der Großserienfertigung eingesetzt und übernehmen über mehrere Jahre hinweg dieselben Aufgaben, ohne dass es Änderungen der Abläufe bedarf. Wegen des Fachkräftemangels gilt es aber insbesondere bei Zulieferern immer mehr auch die Tätigkeiten zu automatisieren, die bisher aufgrund ihrer Flexibilitätsanforderungen manuell durchgeführt wurden – etwa die Montage von Baugruppen. Bei einem Automobilzulieferer wurde dafür eine bisher manuelle Vor-Montagelinie um Roboter ergänzt, die Füge- und Schraubprozesse übernehmen und mittels drag&bot vom Zulieferer selbst in kurzer Zeit an neue Aufgaben angepasst werden können.
 

Auch für MRK-Anwendungen geeignet

Verschiedene Bedien- und Eingabehilfen unterstützen bei der Parametrisierung des Programmablaufs.

© drag&bot

In letzter Zeit gibt es in der Robotik den Trend, Roboter zaunlos einzusetzen. Auch für solche Anwendungen lässt sich drag&bot nutzen, um dem Roboter intuitiv und schnell ­kollaborative Anwendungen beizubringen. Bei solchen Applikationen muss die Sicherheit des Menschen weiterhin über die Sicher­heitsfunktionen des Roboters, wie zum Beispiel Kraft- und Geschwindigkeitsbegrenzung sowie definierte Arbeitsraum­grenzen, gewährleistet werden. Diese Sicherheitsfunktionen sind zwar nach wie vor in der Sicherheitssteuerung des Roboters zu ­konfigurieren; drag&bot ermöglicht allerdings darauf aufbauend die einfache grafische Applikationsprogrammierung.

Um Industrieroboter noch flexibler einzusetzen, müssen sie noch wesentlich sensitiver, vernetzter und lernfähiger werden. Dazu unterstützt der geschilderte Programmier-Ansatz schon heute etwa die sensitiven Funktionen des LBR iiwa von Kuka und ermöglicht deren einfache Nutzung über die grafische Oberfläche der Software – ganz ohne Java-Kenntnisse. Weiterhin gibt es Zusatzmodule, die Funktionen wie Bild­verarbeitung, Kraftregelung sowie den Griff-in-die-Kiste ermög­lichen und den Robotern somit dazu befähigen, flexibel auf ihre Umgebung zu reagieren.

Zukünftig werden die Entwickler nicht zuletzt in der Industrie verstärkt auf Technologien wie Künstliche Intelligenz, Vernetzung und Deep Learning setzen. Hierfür bietet drag&bot offene Schnittstellen, um es Entwicklern zu ermöglichen, neue Funktionsblöcke, neue Softwaremodule – zum Beispiel für Machine Learning – und neue grafische Bedienoberflächen zu integrieren und diese Funktionen somit einfach nutzbar zu machen.

Autor: Martin Naumann ist Gründer und Geschäftsführer von drag&bot.