Abgeguckt: Cobots, die vom Menschen lernen

Der Wunsch, Prozesse an Maschinen zu delegieren, um sich das Leben zu erleichtern, ist alt. Denken Sie nur an die Erfindung der dampfbetriebenen Webmaschine im 18. Jahrhundert – ein Meilenstein der Industriegeschichte. Produktionsmaschinen haben sich seitdem kontinuierlich weiterentwickelt. CNC-Fräsen, hochkomplexe Verpackungsmaschinen und Industrieroboter gehören heute zum Standardinventar moderner Fabriken.

Doch nicht nur repetitive Handgriffe lassen sich automatisieren. Auch die Idee, menschliches Denken auf Computer zu übertragen, ist längst keine Science Fiction mehr. Die wissenschaftliche Praxis beschäftigt sich seit über 50 Jahren mit den technologischen Möglichkeiten Künstlicher Intelligenz (KI).

Dreamteam: Roboter & Künstliche Intelligenz

Dieser Begriff beschreibt hochkomplexe Algorithmen, die Probleme lösen können. Er geht zurück auf den US-amerikanischen Informatiker John McCarthy, der 1956 die erste wissenschaftliche Konferenz zum Thema initiierte. Heute ist KI ein eigenständiger Teil der Informatik und stark mit der Robotik verwoben.

Das gilt auch für kollaborierende Roboter: Gut zwölf Jahre nach ihrem Markteintritt stehen Cobots dank KI an der Schwelle zu einer neuen Evolutionsstufe. Besonders in den Bereichen Bilderkennung und Lernfähigkeit erweitern KI-Technologien ihr Einsatzspektrum. So erlaubt sie ihnen, Abweichungen ihrer Umgebung in Echtzeit zu erfassen und ihre Bewegungen situativ anzupassen. Damit gelingt Cobots sogar die Hand-Augen-Koordination.

Mehr Flexibilität gewünscht

Schon heute erledigen kollaborierende Roboter Aufgaben, deren Automatisierung vor wenigen Jahren noch undenkbar erschien. Mithilfe von Peripheriegeräten wie Greifern und Sensoren setzen sie zum Beispiel Stiftverbindungen ein oder polieren Oberflächen. Dies erfordert jede Menge Fingerspitzengefühl. Zugleich lassen sich kollaborierende Roboterarme im Handumdrehen mit neuen Peripheriegeräten bestücken und für verschiedene Aufgaben umprogrammieren. Das macht sie flexibel genug, um bei kleinen Losgrößen oder variabler Auftragslage zu unterstützen.

Doch es ist noch Luft nach oben: Derzeit führen Cobots primär Aufgaben aus, die geometrisch vollständig verstanden und für jede Ausführung identisch sind. Zudem muss der Cobot zu jeder Zeit wissen, wo er sich im Raum befindet und wohin er sich bewegen soll. Der Mensch gibt ihm durch die Programmierung von Wegpunkten und Aufgabenstellungen zu verstehen, welche Bauteile er bearbeiten und welche Bahnen er für seine Arbeit abfahren muss.

Cobot-Vision erweitert Möglichkeiten

Wenn Cobots dank KI nun ihre Bewegungen sensorgestützt anpassen, erweitert das ihr Einsatzspektrum beträchtlich. Um dies zu realisieren, sind zwei Komponenten nötig:

• Vision-Systeme ermöglichen Cobots das Sehen. Damit erkennen sie Objekte, Strukturen und Oberflächen.
• Mithilfe der Datenverarbeitung durch intelligente Algorithmen gelingt es Cobots zudem, spontan motorisch auf diese Eindrücke zu reagieren.

Dadurch können sie ihre Bewegungen situationsbedingt anpassen und noch komplexere Aufgaben übernehmen, zum Beispiel ein bewegliches Kabel in eine Öffnung stecken.

Sensor-gestützte Robotersteuerung

Ein Unternehmen des UR-Partnernetzwerkes, das eine entsprechende Lösung anbietet, ist Micropsi Industries. Das Robotik-Software-Unternehmen verbindet KI und Industrierobotik. Mit seiner sensorgestützten Robotersteuerung MIRAI ermöglicht es Cobots, in Echtzeit auf ihre Umgebung zu reagieren und mit Varianzen umzugehen. MIRAI-gesteuerte Roboter kommen beispielsweise in der Montage, Maschinenbeschickung und Qualitätsprüfung zum Einsatz.

Mitdenken erleichtert Programmierung

Mitarbeitern gelingt die Programmierung auch ohne KI-Kenntnisse. Sie trainieren den Roboterarm, indem sie ihn am Handgelenk führen. Der Cobot beobachtet dies mit einer Kamera und weiteren Sensoren, während er die erfassten Daten speichert. Dank maschinellem Lernen gelingt es ihm, aus den beispielhaften Bewegungen generelle Bewegungsmuster abzuleiten. Kontinuierlich präzisiert er so seine Reaktion und wendet auch in neuen Situationen die richtigen Bewegungen an. Das bedeutet, er greift selbst dann präzise, wenn ein Teil anders positioniert oder geformt ist, als geplant.

Auch das Münchner Start-up robominds befähigt Cobots mit robobrain.vision dazu, ihre Bewegungen anhand visueller Eindrücke zu steuern. Das Vision-System verleiht Roboterarmen einen Sehsinn, indem es über ein Kamerasystem 2D- und 3D-Daten aufnimmt und kombiniert. Ein Industrie-PC und eine modulare Software-Architektur verarbeiten die Informationen und befähigen den Roboter, Objekte genau zu erkennen. Auf dieser Basis kann er zufällig angeordnete Teile selbst dann richtig greifen, wenn sie sich überlagern.

Mensch bleibt in Schlüsselposition

Durch KI können Cobots besser auf die Bedürfnisse der Menschen eingehen und sie effizienter unterstützen. Von selbstdenkenden Maschinen wie in Matrix oder Star Wars sind wir aber noch weit entfernt. Diese sind aber auch gar nicht Ziel der Entwicklung, denn KI wird Cobots nur in der Hinsicht weiterbringen, den Menschen effizienter zu unterstützen – und nicht, ihn zu verdrängen. Kreativität, Teamfähigkeit und Führungskompetenz sind menschliche Qualitäten, die eine KI nie ersetzen wird. Wichtige Entscheidungen werden daher auch angesichts zunehmend intelligenter Robotik-Lösungen stets beim Menschen verbleiben.