Konzepte für nächste Roboter-Generation Entwicklungsbaukasten für Robotik-Steuerungen

Möglichkeiten und Entwicklungskonzepte für Embedded-Systeme und Robotik-Steuerungen.
Möglichkeiten und Entwicklungskonzepte für Embedded-Systeme und Robotik-Steuerungen.

Synapticon entwickelt Embedded Systeme zur Ansteuerung von Fertigungsrobotern. Geschäftsführer Nikolai Ensslen sprach mit der Elektronik über den Weg zur nächsten Roboter-Generation.

Elektronik: Herr Ensslen, Sie möchten mit Ihrem Unternehmen die Voraussetzungen für die nächste Roboter-Generation schaffen. Was gilt es an der aktuellen Generation von Robotern zu verbessern?

Nikolai Ensslen: In der aktuellen Roboter-Generation geschieht die Steuerung des Roboterarms sozusagen blind. Um einen bestimmten Punkt im Raum anzusteuern, wird aus den vorhandenen Informationen über die Länge der einzelnen Segmente, ihre Rotationsachsen und ihre möglichen Winkelpositionen ein Bewegungspfad errechnet. Das Anfahren dieses Punktes wird dann über die Antriebssteuerung geregelt. Dafür muss jedes Segment möglichst genau in die errechnete Position gebracht werden, was Elektromotoren mit hoher Winkelauflösung, sehr genaue Drehgeber in den Gelenken und Getriebe mit sehr wenig Spiel erfordert. Hochwertige Komponenten sind natürlich Kostenfaktoren, die die Hersteller gerne vermeiden würden.

Für spezielle Anwendungen, wie das Entgraten einer Kante oder die Montage einer Steckkarte auf einer Trägerplatine, ist diese Methode außerdem nicht ideal. Hier reicht es nicht, einen vorher berechneten Bewegungspfad präzise abzufahren, sondern der Roboter benötigt das Äquivalent des menschlichen Tastsinns. Für solche Aufgaben sind Kraftsensoren in den Endeffektoren oder Drehmomentsensoren in den Gelenken nötig.

Elektronik: Es geht also um die Berücksichtigung von anderen Sensordaten als bisher zur Steuerung?

Nikolai Ensslen: Nicht nur von anderen, sondern auch von deutlich mehr Daten. Bei den kollaborativen Robotern, den sogenannten Cobots, wird das besonders deutlich. Hier wird bald nicht mehr mit den klassischen Stopp-Systemen zur Kollisionsvermeidung gearbeitet, sondern mit Sensorhäuten, die Objekte in einem gewissen Abstand erkennen können. Je nach Nähe wird die Bewegung des Roboterarms dann verlangsamt oder ganz gestoppt. Wenn Sie sich zum Beispiel einmal den „Apas“ von Bosch anschauen oder den entsprechend ausgestatteten “Racer” von Comau, können Sie solche Sensorhäute sehen.

Ein weiterer Trend zu mehr Sensorik, der durch den Wunsch zur Kostenreduktion getrieben wird, ist das Visual Servoing. Im Deutschen würde man wohl visuelle Positionsregelung sagen. Hier wird ein einfaches Kameramodul für ein paar Euro in den Roboterarm integriert und dessen Bildinformationen zur Ansteuerung von Objekten genutzt. Mit dieser Methode können die Roboterarme deutlich günstiger ausgeführt werden, weil der Verlust an Präzision beim Ansteuern, der beispielsweise durch erhöhtes Getriebespiel oder Encoder mit geringer Auflösung entsteht, mit zusätzlichen Bildinformationen der Kamera wieder ausgeglichen wird.

Elektronik: Was ist nun Ihr Beitrag zu dieser neuen Roboter-Generation?

Nikolai Ensslen: Unter dem Namen Somanet haben wir einen modularen Hard- und Software-Baukasten entwickelt, mit dem sich nicht nur die üblichen Sensorsignale aus der Antriebssteuerung verarbeiten lassen, sondern auch Signale von Umgebungs-, Drehmoment- oder Kraftsensoren. Somanet wurde als Plattform zur Entwicklung von modernen Robotik-Steuerungen ausgelegt.

Unsere Hardware-Baugruppen sind außerdem in Kleinstspannungstechnik ausgeführt, die in der kollaborativen Robotik unter anderem aus Sicherheitsgründen wichtig ist. Damit bieten wir in diesem Bereich durch den Somanet-Baukasten einen Standard zur schnellen Elektronik-Entwicklung an, den es nach unserer Sicht im Roboter-Markt auch braucht. Wir adressieren damit ein Kernproblem vieler Roboter-Hersteller. Sie betreiben momentan noch viel Aufwand für die Entwicklung von proprietärer Antriebstechnik. Der Grund dafür ist, dass sich Baugruppen, zum Beispiel Servoregler, in Kleinstspannungstechnik so kompakt ausführen lassen, dass sie nicht mehr im Schaltschrank untergebracht, sondern direkt in die Roboterarme integriert werden können. Man spricht hier auch von dezentraler Antriebssteuerung, mit der ein enormer Verkabelungsaufwand erspart bleibt. Die Baugruppen müssen aber speziell für den jeweiligen Roboter entwickelt werden. Einen großen Teil des Entwicklungsaufwands kann sich ein Hersteller sparen, wenn er dazu auf unseren Baukasten setzt.