Roboter mit mobilen Controllern steuern
Flexible Schnittstellen zwischen Mensch und Roboter
Mit tragbaren Roboter-Controllern lassen sich Robotersysteme anlernen, steuern und warten. Die Geräte agieren direkt und in Echtzeit als HMIs. Welche Potenziale bieten mobile Roboter-Controller, welche Rolle spielen sie in der zukünftigen Automatisierung, und welche Herausforderungen zeigen sich?
Die weiter fortschreitende Automatisierung und der zunehmende Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) in Produktionsprozessen krempeln die moderne Industrie um. Vollständig roboterbasierte Fertigungssysteme mit kollaborativen Robotern (Cobots) steigern die Produktivität und Effizienz; Arbeitsabläufe lassen sich optimieren und Produktionsprozesse präzise gestalten. Ein zentraler Baustein dieses Fortschritts sind tragbare Roboter-Controller.
Die Installation von Robotersystemen, besonders Industrierobotern, Cobots und Autonomous Mobile Robots (AMRs), hat in den letzten drei Jahren stark zugenommen. Dieser Trend wird sich noch verstärken, denn die Nachfrage nach Automatisierungstechnik steigt, Effizienzsteigerungen sind notwendig, und künstliche Intelligenz (KI) wird zunehmend in Produktionsprozesse integriert. Es gilt, die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands und Europas weiter zu verbessern. Darüber hinaus haben sich sowohl die Vielfalt der Robotik-Anwendungsfelder als auch die Roboter-Steuerungstechnik in den letzten drei Jahren massiv verändert. Dieser Wandel erfordert mobile Roboter-Controller, die einerseits robust sind und sich leicht anbinden lassen und andererseits die nötigen Bedienfunktionen und -elemente haben, um die Roboter zu steuern und anzulernen.
Präzise und effizient
Damit komplexe Roboteroperationen in industriellen Produktionsstätten gesteuert werden können, zeichnen sich Roboter-Controller wie die Mitglieder der GCS-Familie von TL Electronic durch zahlreiche Kernmerkmale aus. Das in Bergkirchen bei München ansässige Unternehmen gehört zur taiwanischen Winmate-Gruppe und stellt kompakte und mobile Ground Control Stations (GCS) mit Display-Diagonalen von 5 bis 15,6 Zoll her. So arbeitet der robuste Handheld-Controller G101TG mit dem Tiger-Lake-Core-i5-1135G7-Prozessor von Intel mit einer konfigurierbaren TDP-up-Frequenz von 2,4 GHz (TDP = Thermal Design Power = Verlustleistung). Die Taktrate wird im Turbo-Boost bis auf 4,2 GHz erhöht. Zudem bietet der Prozessor eine integrierte Grafikeinheit mit Clear-Video-HD-Technik für verbesserte Videowiedergabe und schärfere Bilder. Unterstützt wird die CPU durch 8 bis 32 GB SDRAM und einer SSD-Festplatte mit Speicherkapazitäten von wahlweise 128 GB bis 2 TB.
Der Rugged-Robotic-Controller G101TG aus der GCS-Serie fungiert als zentrale Schnittstelle und Intelligenz zwischen Menschen und allen Arten von Maschinen und Robotern. Er widersteht auch schwierigen Bedingungen in puncto Temperatur, Staub, Feuchtigkeit oder Vibrationen. Sein Betriebstemperaturbereich erstreckt sich von - 10 bis + 50 °C. Die Steuerungseinheit hält Schocks, Vibrationen und Stürzen aus 1,2 m stand, die nach dem Militärstandard MIL-STD-810H Methode 516.6 gemessen wurden. Darüber hinaus bietet sie die Schutzart IP65.
Die reflexionsarmen, projiziert-kapazitiven Multi-Touch-Displays des G101TG-Controllers mit einer Diagonalen von 10,1 Zoll (rund 26 cm) und einer Helligkeit von 800 cd/qm lassen sich mit Handschuhen bedienen und auch bei extremer Licht- oder Sonneneinstrahlung leicht ablesen. Auf Wunsch sind Bildschirme mit einer Leuchtdichte von 1750 cd/qm erhältlich.
Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass das menschliche Sichtfeld eher einem Breitbildformat ähnelt. Die Auflösung von 1920 x 1200 Pixeln und das 16:10-Seitenverhältnis des G101TG-Controllers erhöhen somit die Präzision und Sicherheit bei der Bedienung und Steuerung der Roboter.
Echtzeitverarbeitung stets gesichert
Robotersteuerungen müssen große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten, damit sie genaue und schnelle Reaktionen liefern können. Eine lange Latenz, also die Zeit, die ein Befehl vom Controller zum Roboter und wieder zurück benötigt, kann die Entscheidungsfindung verzögern und die Ausführung beeinträchtigen. Solche Verzögerungen reduzieren nicht nur die Effizienz der Roboteroperationen, sondern riskieren die Sicherheit für Mensch und Anlage, etwa wenn der Mensch Robotersysteme im No-Code-Teaching steuert. Es muss also eine geringe Latenz erreicht und zugleich eine hohe Verarbeitungsleistung aufrechterhalten werden, was eine zentrale Herausforderung bei Robotersystemen darstellt.
Der G101TG-Controller bietet eine geringe Latenz durch die Kombination der hohen CPU-Rechenleistung mit einem integrierten Video-Software-Decoder für hochauflösende Echtzeit-Videowiedergabe. Damit werden Videodaten, etwa von Teleoperations-Kameras, die in der Robotersteuerung oder Überwachung verwendet werden, decodiert und verarbeitet. Der Software-Decoder arbeitet anders als ein Hardware-Decoder, der dedizierte Chips oder spezialisierte Hardware zur Decodierung von Videodaten nutzt. Dabei decodiert die Software komprimierte Video-Stream-Formate wie H.264, H.265 oder MJPEG in Rohdaten auf die CPU des Controllers.
Dieses Extra ist wichtig, denn: Viele Roboter, besonders in der Fertigung oder im autonomen Betrieb, verfügen über eingebaute Kameras als »Augen« zur Umgebungs- und Objekterkennung, Navigation oder Qualitätsprüfung. Mithilfe des softwarebasierten Decoders verarbeitet der Controller deren Bilddaten in Echtzeit, was bessere und schnellere Entscheidungen ermöglicht. Weil es sich um eine softwarebasierte Lösung handelt, lässt sich der Software-Decoder leicht durch Updates oder Konfigurationen an neue Videoformate anpassen und ist so flexibler als Hardware-Decoder. Im G101TG-System selbst ist eine 2-Megapixel-Kamera frontseitig integriert.
Über ihre zahlreichen Schnittstellen lassen sich die GCS-Geräte leicht in den Produktionsprozess integrieren und können die Bediener problemlos mit dem Roboter kommunizieren. Dafür stehen zwei Micro-HDMI-Interfaces, eine USB-2.0-Schnittstelle, ein M8-LAN-Stecker für Fast Ethernet mit 10/100 Mbit/s bis maximal 250 Mbit/s sowie ein microSD-Karten-Slot zur Verfügung. Für Datenaustausch in Echtzeit sorgen darüber hinaus die kabellosen Kommunikationsmöglichkeiten per WLAN nach IEEE 802.11 a/b/g/n im Frequenzband 2,4 GHz oder 5 GHz, Bluetooth 5.0 sowie auf Wunsch verschiedene Mobilfunknetze der vierten und fünften Generation (4G/5G). Darüber hinaus können Anwender durch das integrierte GPS-Modul beispielsweise den Standort feststellen.
Fazit
Der Trend zur Automatisierung wird sich in den kommenden Jahren weiter verstärken, unterstützt durch die zunehmende Verfügbarkeit und den Einsatz von Robotersystemen. 2023 gab es laut dem World Robotics Report der International Federation of Robotics (IFR) rund 4,3 Millionen Industrieroboter. Industrieroboter, Cobots und AMRs werden zentrale Bausteine in der digitalen Transformation von Produktions- und Logistikprozessen sein. Prognosen deuten darauf hin, dass 2025 weltweit etwa 5,2 Millionen Industrieroboter im Einsatz sein werden.
Der Markt für Robotersysteme und KI wächst rasant weiter und wird die globale Industrie nachhaltig verändern. Diese Entwicklung bietet große Chancen, doch es liegt an uns, aktiv zu gestalten, wie diese Technologien unsere Zukunft prägen. Wir sind dafür verantwortlich, dass dies eine positive Entwicklung wird. Sicherstellen können wir das, wenn wir die Kontrolle über technische Fortschritte behalten und verantwortungsvoll und ethisch im Sinne des Menschen bleiben.
Der Autor: Lucian Binder ist Industrie-PC-Experte und Sales-Berater bei der TL Electronic GmbH.
Winmate / TL Electronic auf der Messe embedded world 2025: Halle 1, Stand 460
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