Ein grauer Roboterarm links im Bild, rechts davon eine Frau in blauer Laborkleidung, die mit einem technischen Stift-Werkzeug

Anlernen der Industrierobotik

| Wandelbots GmbH
03.01.2022 Publikation

No Code

Roboter erledigen Aufgaben schneller als Menschen. Doch ihnen die Tätigkeiten beizubringen, kann aufwendig und teuer sein. Einige Start-ups aus Deutschland haben es sich zur Aufgabe gemacht, das zu ändern. Anwender müssen dafür nicht mal mehr programmieren können.

Von Markus Strehlitz

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Ein Mensch mit weißen Handschuhen hält ein Tablet in den Händen

Die Firma Wandelbots bietet eine No-Code-Robotik-Plattform, welche die industrielle Automatisierung vorantreiben soll. Das Unternehmen hat eine ehrgeizige Vision: Auch ohne Programmierkenntnisse sollen Roboter so einfach anzulernen und zu bedienen sein wie Smartphones.

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Die Automatisierung schreitet stetig voran. Roboter übernehmen in den Fabriken zunehmend vielfältigere Aufgaben. Für jede einzelne dieser Aufgabe müssen sie zunächst angelernt werden. Und das ist keine triviale Angelegenheit. Es braucht Fachleute, welche die komplexe Programmierung der Roboter beherrschen. Die großen Hersteller bieten ein breites Spektrum an Trainings an. Laut der International Federation of Robotics schulen zum Beispiel die Anbieter ABB, FANUC und KUKA in Robotikkursen jedes Jahr zwischen 10.000 und 30.000 Teilnehmer in mehr als 30 Ländern. Doch die Programmiersprache eines einzigen Herstellers zu sprechen, reicht häufig nicht aus. Denn in den Werkshallen stehen oft Roboter von mehr als einem Anbieter – und jeder arbeitet mit seinem eigenen spezifischen Code. Das alles macht die Programmierung und Inbetriebnahme eines Roboters aufwendig und teuer. Mehr als 30 Prozent der Kosten für ein Robotersystem müssen dafür eingeplant werden.

Bewegungs-Nachahmung statt Programmierung

Der Bedarf an Ideen, die Programmierung zu vereinfachen, ist also groß, und inzwischen gibt es einige davon. Und die kommen vor allem aus Deutschland. Wandelbots ist ein Vertreter einer ganzen Reihe von Start-ups, die Unternehmen den Einsatz von Robotern erleichtern wollen. „Die Gründer von Wandelbots kommen aus dem Informatik-Umfeld und waren vor zehn Jahren geschockt, als sie gesehen haben, dass die Bedienkonzepte von Industrierobotern damals noch aus den 80er-Jahren stammten“, sagt Jan Drechsler, der bei Wandelbots das Marketing leitet. „Und sie waren der Meinung: Das geht besser.“

Der Ansatz, den Wandelbots für dieses Ziel verfolgt, lautet: no code. Will heißen: Wer einem Roboter eine neue Aufgabe beibringen möchte, muss dafür nicht mehr programmieren. Stattdessen macht er mit einem Stift – dem sogenannten TracePen – die Bewegung vor, die der Roboter ausführen soll. Wird der Roboter etwa fürs Schweißen genutzt, fährt der Anwender mit dem sensorbestückten Stift einfach die Schweißbahn an dem entsprechenden Werkstück ab. In der dazugehörigen App stellt er die spezifischen Parameter ein und feinjustiert den aufgezeichneten Pfad. Die Software erzeugt daraus dann den Code in der entsprechenden Programmiersprache des Roboters. Dabei ist sie nicht nur auf eine Sprache beschränkt. Mit dem Wandelbots-System können Nutzer die Roboter aller großen Hersteller anlernen, ohne selbst eine einzige Zeile Code zu schreiben.

Laut Drechsler lässt sich ein Roboter mithilfe von Wandelbots 70 mal schneller programmieren als auf herkömmliche Weise. Dies ist ein Ergebnis aus einem Pilotprojekt bei BMW. Dort wurde mithilfe des TracePen einem Roboter die Aufgabe gelehrt, Frontscheiben zu kleben.

Drechsler berichtet außerdem, dass sich dank der Wandelbots-Software die Kosten um 90 Prozent reduzieren lassen. So benötigt das Unternehmen keinen Systemintegrator, der neben der Installation eines Industrieroboters häufig auch dessen Programmierung übernimmt. Und da diese schneller möglich ist, verkürzt sich auch die Stillstandszeit des Roboters – und der damit einhergehende Produktionsausfall.

Software übersetzt zwischen Mensch und Roboter

Hauptvorteil der Software sei aber die einfache Bedienung, so Drechsler. „Jeder kann damit einen Roboter anlernen.“ Auch Produktionsmitarbeiter ohne Robotererfahrung seien dazu in der Lage. „Statt einem Experten im Unternehmen können jetzt auf einmal 20 Mitarbeiter mit Robotern arbeiten“, sagt Drechsler. Der entscheidende Faktor ist die Software von Wandelbots. Sie leistet quasi die Übersetzungsarbeit zwischen Mensch und Maschine. Rein theoretisch ließe sie sich auch mit anderen Eingabegeräten verwenden. So starteten die Wandelbots-Gründer zunächst mit einer smarten Jacke. Diese konnte ein Bediener überziehen und damit dem Roboter Bewegungsabläufe beibringen. Hob der Träger der Jacke den Arm, machte der Roboter die gleiche Bewegung.

Der Einsatz von intelligenter Kleidung für die Programmierung sei damals jedoch zu komplex gewesen, so Drechsler. „Man braucht verschiedene Größen und die Jacke muss auch mal gewaschen werden. Zudem ist ein Stift viel näher an der natürlichen Handhabung eines Werkzeugs.“

Dank Künstlicher Intelligenz zu intuitiver Bedienung

Das Unternehmen drag and bot will ebenfalls die Handhabung von Robotern vereinfachen. Das Start-up ist eine Ausgründung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Es bietet Unternehmen ein Paket aus fertigen Softwarebausteinen, die sich einfach per Drag and Drop zum gewünschten Roboterprogramm zusammenstellen lassen. Spezielles Robotik-Know-how ist nicht notwendig. Auch ihre Software drag&bot kann für Roboter verschiedener Hersteller genutzt werden.

Das Gleiche gilt für ArtiMinds. Wie drag and bot ist das Start-up ein Spinoff einer Forschungseinrichtung – nämlich des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Und ArtiMinds verfolgt einen ähnlichen Ansatz. Aus vorkonfigurierten Komponenten können Nutzer ein komplexes Roboterprogramm erstellen, ohne selbst einen Code schreiben zu müssen. Anwender berichten, die Software lasse sich so intuitiv bedienen, dass keine Schulungen nötig seien.

Um intuitive Bedienung geht es auch bei Micropsi mit Hauptsitz in Berlin. Dieses Start-up nutzt Machine Learning, um den Roboter für seinen Job zu trainieren. Der Nutzer zeigt dem Roboter seine Aufgabe, indem er dessen Arm per Hand führt. Diese Bewegungen werden von einer Kamera und einem Kraft-Momenten-Sensor aufgezeichnet und anschließend mithilfe von Künstlicher Intelligenz verarbeitet. Auf diese Weise erlernt der Roboter nicht nur seine Tätigkeit. Er ist auch in der Lage selbstständig zu reagieren, wenn sich die Situation verändert – etwa weil ein zu greifendes Teil an einem anderen Ort liegt.

Mit den Systemen von ArtiMinds, drag&bot oder auch Micropsi können Roboter eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben erlernen. Dazu zählen zum Beispiel verschiedene Tätigkeiten in der Montage oder sogenannte Pick-and-Place-Aufgaben – also Teile greifen und an anderer Stelle wieder ablegen. Wandelbots konzentriert sich mit seinem TracePen dagegen noch auf Aufgaben, in denen der Roboter einer Bahn folgen muss – wie beim Schweißen oder Kleben. „Beim Schweißen gibt es viele Kurven oder auch lange Pfade, bei denen es auf Genauigkeit ankommt“, erklärt Drechsler. „Das lässt sich mit dem TracePen sehr gut abbilden.“ Aufgrund des Fachkräftemangels herrsche in diesem Bereich auch ein besonderer Druck, Abläufe zu automatisieren.

Im Handling so einfach wie ein Hammer

Ein grauer Roboterarm links im Bild, rechts davon ein Mensch in blauer Laborkleidung mit Helm und Visier

Mit dem TracePen für Schweißanwendungen können Roboter innerhalb von kürzester Zeit angelernt werden. Dafür ahmt der Roboter die Aktionen des menschlichen Kollegen nach.

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Helmut Schmid, Vorstand des Deutschen Robotik Verbands (DRV) und Geschäftsführer des Roboterherstellers Franka Emika, glaubt, dass vor allem kleine und mittlere Firmen von den neuen Technologien profitieren, die aus der deutschen Start-up-Szene kommen. „Die meisten der heutigen Industrieroboter gehen in die Automobilindustrie. Und die Großunternehmen dort beschäftigen bereits viele Roboterprogrammierer“, sagt Schmid. Im Mittelstand würden dagegen nur vier bis fünf Prozent der Firmen Roboter einsetzen, so seine Schätzung. „Das Potenzial für die Automatisierung bei diesen Unternehmen ist also riesig. Und diese Firmen haben auch besonders stark mit dem Fachkräftemangel zu kämpfen.“
Er geht davon aus, dass die Robotik dank einfacher Programmiermethoden noch viele weitere Anwendungen erschließen wird. Seine Vision ist, dass sich ein Roboter irgendwann so einfach nutzen lässt wie ein Hammer oder ein Schraubenzieher. „So wie man heute in den Baumarkt geht und sich ein Werkzeug kauft, so muss das eines Tages auch mit einem Roboter möglich sein.“

Sicherheit bleibt eine große Herausforderung

Schmid spricht von der Demokratisierung der Robotik. Und diese erwartet er im Servicebereich noch früher als in der Industrie. Gemeint sind damit Roboter, die in Krankenhäusern, in der Logistik oder der Gastronomie eingesetzt werden. Einfachstes Beispiel für einen Serviceroboter ist ein Staubsaugerroboter, den viele schon aus dem eigenen Haushalt kennen. Der weltweite Umsatz mit solchen künstlichen Helfern ist im vergangenen Jahr um zwölf Prozent gewachsen. So wurden etwa verstärkt mobile Desinfektionsroboter nachgefragt. Serviceroboter helfen aber auch in der Chirurgie oder unterstützen Pflegekräfte bei ihrer Arbeit. „Ich gehe davon aus, dass die nächste große Automatisierung in diesen Bereichen stattfinden wird“, sagt Schmid. Und dort gebe es noch weniger Roboterspezialisten als in der industriellen Produktion. Das Potenzial für einfache Bedienkonzepte in der Servicerobotik ist entsprechend groß.

Im industriellen Bereich wird die zunehmende Flexibilisierung der Fertigung das Geschäft für Wandelbots & Co. sicherlich vorantreiben. Wenn Produkte nur in kleinen Losgrößen hergestellt werden, müssen Automatisierungssysteme viel häufiger umgebaut werden. Auch da hilft es, wenn die Programmierung der Roboter möglichst wenig Zeit in Anspruch nimmt.Schmid warnt jedoch vor Euphorie. „Wir bewegen uns immer noch in einem technischen Umfeld. Das heißt, dass vor jeder Inbetriebnahme eine Risikobeurteilung und Zertifizierung durchgeführt werden muss.“ Jedes Mal, wenn ein Roboter zum Einsatz kommt, muss vorab gewährleistet sein, dass von diesem keine Gefährdung für die Gesundheit eines Menschen ausgeht. Entsprechend hoch sind die Sicherheitsanforderungen, die an die Roboterarbeitsplätze gestellt werden. „Das ist immer noch eine große Herausforderung“, so Schmid.

Ein Rest Skespis bleibt trotz einfacher Bedienung

Hinzu kommt, dass einfache Programmieransätze nicht unbedingt sofort auf einhellige Akzeptanz stoßen müssen. Der Einsatz von Robotern bedeute eine Veränderung für ein Unternehmen, die nicht zu unterschätzen sei, so Drechsler. „Da geht es zum Beispiel um die Bedenken der Schweißer, die nun den Roboter selbst anlernen sollen“, berichtet Drechsler. Nicht jeder Werker sei davon sofort begeistert, weil er glaube, dazu nicht in der Lage zu sein. „Das ist ein Prozess, der mit unserer Technologie einhergeht. Die Mitarbeiter müssen sich erst daran gewöhnen. Und das braucht Zeit.“ Aber: Wer diese Zeit investiert, wird sich dann wohl darüber freuen können, dass die eigenen Roboter viel schneller auf ihre Aufgaben vorbereitet werden können.

MARKUS STREHLITZ
​ist freier Journalist und Redakteur beim VDE dialog.

Wachstumsmarkt Industrierobotik

Die Anzahl der Industrieroboter ist in den Fabriken weltweit um 10 Prozent auf einen neuen Rekord von rund drei Millionen Einheiten angestiegen. Das berichtet die International Federation of Robotics (IFR) in ihrem Jahrbuch „World Robotics 2021“. Trotz der globalen Pandemie stieg der Absatz neuer Roboter mit 0,5 Prozent im Jahr 2020 leicht an. Weltweit wurden insgesamt 384.000 Einheiten ausgeliefert. Für 2021 rechnet die IFR mit einem Wachstum von rund 13 Prozent auf 435.000 Einheiten.