Synapticon Embedded-Steuerungen für kollaborative Roboter

Das hier abgebildete 5-kW-Board dient als Teil eines Somanet-Knotens. Jeder Somanet-Knoten besteht aus drei Elementen.

Je leichter Roboter gebaut sind und je enger sie mit den Menschen zusammenarbeiten, desto kompakter müssen Robotersteuerungen sein und desto präziser müssen sie die Bewegungen der Roboterarme ausführen und stoppen. Embedded-Systeme eignen sich dafür am besten.

Nikolai Ensslen, CEO des Technologielieferanten Synapticon für die Roboterindustrie, erläutert die Hintergründe.

Welche technischen Trends und Markttrends zeigen sich derzeit bei Robotersteuerungen?

Die Trends und Anforderungen sind vielfältig. Zum einen ist Einfachheit in zweierlei Hinsicht gefragt. Die Nutzung der Roboter muss ebenso einfach sein wie deren Programmierung. Beides sollte so intuitiv wie möglich sein, und dies ist natürlich eine Herausforderung für die Entwickler von Robotersteuerungen. Zudem gilt es, die Anwendungen und Anforderungen zu bedienen, die aus dem Trend des Machine-Learning und dem Aufkommen künstlicher Intelligenz resultieren. Roboter müssen in die Lage versetzt werden, weitgehend autonom zu agieren. Hierzu sind sie aber auf Input angewiesen, den Kameras und 3D-Sensoren liefern, wozu auch die Integration klassischer Bildbearbeitung in die Robotersteuerung gehört – Stichwort: Visual Servoing. Damit hängt auch das Thema Safety zusammen, also die gefahrlose Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Hier kommen dann auch berührungsempfindliche Häute ins Spiel. Auch deren Input muss mit der Steuerung integriert werden. Zu guter Letzt der Klassiker: All dies muss so kostengünstig wie möglich werden, um den Massenmarkt zu erobern.

Wie entwickelt sich derzeit der Anteil Mensch-Roboter-Kooperation- (MRK-)fähiger Roboter am Gesamtmarkt für Industrieroboter?

Wir sehen, dass sehr viele Maschinenbauer, sprich OEMs, MRK-fähige Robotersteuerungen anfragen. Vor allem in den letzten zwölf Monaten gab es kaum eine Anfrage von Herstellern, für die MRK nicht von großer Bedeutung war. Wie sich das Verhältnis in den bestehenden Umgebungen darstellt, das kann ich nicht abschätzen, aber es ist eindeutig, dass MRK in Zukunft vielerorts Pflicht wird.

Warum halten MRK-fähige Roboter derzeit noch nicht auf breiter Front in den Fabrikhallen Einzug?

Nun, Industriemaschinen und Roboter werden ja nicht alle drei Jahre ausgetauscht, zumindest nicht in den meisten Branchen. Die Investitionszyklen sind doch recht lang, und das Thema Cobots hat erst in den letzten zwei Jahren an Aufmerksamkeit gewonnen. Die neuen Technologien kosten auch noch mehr als konventionelle Produkte. Mit wachsender Nachfrage werden wir hier aber sicherlich sinkende Preise sehen. Mittelfristig wird ein großer Teil der installierten Roboter zumindest kollaborative Elemente haben. Davor gilt es auch einige Vorbehalte auszuräumen. Viele meinen, es wäre noch unklar, welche konkreten Applikationen sinnvoll realisiert werden können. Langfristig dürfte sich aber die Erkenntnis durchsetzen, dass kollaborative Roboter Menschen etwa bei körperlich schweren Arbeiten und diffizilen Montageaufgaben prima entlasten können. Zudem wird die parallele Ausführung mehrerer Vorgänge mit einem koordinierenden Menschen und mehreren Cobots die Produktivität steigern.

Wodurch unterscheiden sich Robotersteuerungen technisch und funktionell von klassischen ­SPSen und Industrie-PCs?

Ein Industrie-PC ist ja per se keine Steuerung, sondern nur die Hardware, auf der sie ausgeführt wird. Traditionelle Robotersteuerungen werden auf Industrie-PCs ausgeführt. Wir sehen und unterstützen jedoch einen Trend in Richtung Embedded: Schaltschrankfreie Produkte bekommen aus gutem Grund immer mehr Nachfrage. Niemand will eine 40 kg schwere Box, die mit einem teuren, dicken Kabel und teuren Steckern am Roboterarm angeschlossen ist. Aber das ist bisher die Normalität.

Synapticon bietet dezentrale Servotechnik und eine Robotersteuerung, die sich direkt in Roboterarme integrieren lässt. Ein Schaltschrank lässt sich dadurch in vielen Fällen komplett vermeiden und der Kabelstrang reduziert sich auf zwei Drähte für die Stromversorgung und eine Industrial-Ethernet-Leitung, zur externen Vernetzung etwa mit einer SPS. Der SPS kommt bei der Robotik eine übergeordnete Rolle zu: Sie übernimmt meist einfache Ablaufsteuerungsaufgaben, um Roboter und Zelle bzw. Maschine zu integrieren. Eine Robotersteuerung ist also eine Software, die zwar mit Industrie-PC und SPS in Verbindung, aber nicht im Wettbewerb steht. Moderne Robotersteuerungen, für hochdynamische Roboter und MRK ganz besonders, unterliegen höheren Anforderungen an die Motion-Control. Der recht simplen Bahnregelung einer konventionellen CNC-Steuerung, die von vielen Herstellern auch für die Robotik angeboten wird, steht bei modernen Robotersteuerungen eine wesentlich umfangreichere Abbildung von Kinematiken, Dynamikmodellen und Simulationsfunktionen gegenüber.