Industrie-PC

Andreas Mühlbauer,

Roboter-Teaching ohne Programmieren

Roboter sind das Rückgrat der smarten Fabrik. Zunehmend findet man die digitalen Helfer aber auch in anderen Umgebungen. Eine neue Lösung macht den Robotereinsatz auch für kleine und mittlere Unternehmen in vielen Branchen interessant. Ein Industrie-PC übernimmt in diesem System eine zentrale Aufgabe.

Mit dem TracePen lassen sich die Verfahrwege für den Roboter einlernen. © Kontron

Im industriellen Umfeld lassen sich Arbeiten an schwer zugänglichen Stellen und das Abfahren komplizierter und wiederkehrender Bewegungsbahnen mit Hilfe von Robotern vereinfachen. Das Fachpersonal lässt sich dadurch anderweitig effektiver einsetzen.

Aber das Programmieren entsprechender Roboter ist komplex, teuer und zeitaufwendig. Zudem herrscht auf diesem Gebiet ein eklatanter Mangel an Fachkräften. Die Dresdner Firma Wandelbots bietet nun mit einem intuitiven Roboter-Programmiersystem, das auch Programmier-Laien das Anlernen von Robotern ermöglicht, einen Weg aus der Misere. Die Lösung wurde speziell auch für die Anforderungen von kleineren und mittleren Unternehmen entwickelt und ist kostengünstig und flexibel ohne tieferes Fachwissen einsetzbar.

Gegründet wurde Wandelbots 2017 von sieben wissenschaftlichen Mitarbeitern der Fakultät für Informatik der TU Dresden. Ziel war es, die Robotik leicht und praxistauglich zu gestalten, um jedem, unabhängig von Robotik-Vorkenntnissen, einen Zugang zu Robotern zu ermöglichen. Bis zur Marktreife gelangte schließlich der für unterschiedliche Anwendungen nutzbare „TracePen“, ein handgeführter, intelligenter Stift für das intuitive Robotik-Teaching. Am Hauptsitz in Dresden arbeiten rund 110 Mitarbeiter aus 14 Nationen an Lösungen rund um die Robotik. Dabei wollen die Dresdner die Robotik einem breiten Anwenderkreis zugänglich machen.

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Einfach und flexibel teachen

Eine der neusten Entwicklungen ist ein intuitives Roboter-Programmiersystem, das mit Hilfe einer App und des Teaching Device TracePen Roboterprozesse einfach und flexibel umsetzt beziehungsweise verändert. Der TracePen ermöglicht ein breites Anwendungsszenario in unterschiedlichen Branchen. Die aktuelle Wandelbots-Plattform ist dabei kein homogenes, in sich geschlossenes System. Vielmehr unterstützt die Lösung unterschiedliche Roboter und deren Programmiersprachen. „Und genau das ist das Revolutionäre an der Lösung“, sagt Dr.-Ing. Patrick Grosa, Head of Business Acceleration bei Wandelbots. „Bisher waren Roboter mehr oder minder geschlossene Systeme mit einer eigenen Programmierung für bestimmte Aufgaben. Die Umprogrammierung auf neue Prozesse war kostspielig, aufwendig und meist nur von Spezialisten durchzuführen.“

Der Einsatz der Wandelbots-Plattform ermöglicht es nahezu jedem Mitarbeiter, einen Roboter in kürzester Zeit auf eine neue Aufgabe einzustellen, die notwendigen Umprogrammierungen durchzuführen und die Roboterdaten auszulesen. Das Zusammenspiel von Roboter, App und Teaching Device vereinfacht das Programmieren. Einsatzmöglichkeiten für diese Lösung bieten sich dort, wo monotone Routineaufgaben abgewickelt werden müssen. Von der neuen Programmiermethode durch Zeigen profitieren vor allem komplexe Automatisierungsprozesse. So können Roboter in Industrieumgebungen Arbeiten an schwer zugänglichen Stellen oder auf komplizierten Bewegungsbahnen durchführen. Beispiele sind neben der optischen Inspektion auch Schweißvorgänge oder das Auftragen von Klebebahnen.

Die App ermöglicht unter anderem die Kontrolle der Roboter­positionen. © Kontron

Die Bewegung des TracePen zeigt dem Roboter den zu erlernenden Pfad auf. Die Software stellt diese Bewegung detailgetreu dar. Durch die Definition einzelner Punkte (Keyframes) lässt sich das Ergebnis nachjustieren und verfeinern. So sind Anpassungen im Präzisionsbereich der Wiederholgenauigkeit möglich. Die Art und Weise, wie der Roboter sich zwischen den festgelegten Punkten bewegen soll, ist an die Anforderungen anpassbar. Der Anwender kann die einzelnen Robotergelenke direkt ansteuern. Darüber hinaus lässt sich ein Bereich definieren, in dem der Roboter sich bewegen darf.

Installation in mehreren Schritten

Die Installation erfolgt in mehreren Schritten, wobei die Installation der Hardware an erster Stelle steht. Das sind Tracking-Stationen, TracePen, Tablet sowie der Industriecomputer. Dann erfolgt die Anbindung der Wandelbots-Plattform an den Industrie-PC, der als Schaltzentrale für den TracePen an den Controller des Roboters angeschlossen wird. Mit Unterstützung der Tracking-Stationen erfolgt dann im zweiten Schritt die Kalibrierung des TracePen. Dabei wird der Stift an der dafür vorgesehenen Halterung des Roboters fixiert. Die Kalibrierung über Infrarot-Lichtmuster läuft vollautomatisch ab und ist in weniger als 30 Sekunden abgeschlossen.

Im Anschluss kann die eigentliche Programmierung beginnen. „Dafür ist das Prozessverständnis der Aufgabe entscheidend, nicht die Programmierkenntnisse des Anwenders“, sagt Grosa. Um diesen Prozess anzustoßen, wählt der Bediener den passenden Aufsatz für den TracePen aus und startet die App. Mit dem TracePen führt er dann die jeweilige Tätigkeit aus. Die Daten werden dabei durch die Software bis auf den Zehntelmillimeter genau aufgezeichnet. In der App lässt sich die genaue Abfolge des Teaching-Prozesses nachverfolgen.

Die Skills, die einem Roboter für einen bestimmten Aufgabenbereich beigebracht werden, lassen sich im nächsten Schritt bearbeiten und verfeinern. Häufig verwendete Skills lassen sich mit Hilfe des Keyframe-Selektors wiederverwenden, abändern und in neue Skills implementieren. Abschließend wird der Code für den Roboter in der jeweils genutzten Programmiersprache generiert. Dieser Prozess erfolgt innerhalb weniger Sekunden und läuft vollautomatisch ab. Der generierte Code lässt sich nachträglich manuell bearbeiten. Dieser Prozess ist mit allen herkömmlichen Zertifizierungs- und Simulationsprozessen kompatibel. Der Code ist anschließend auch auf andere Roboter übertragbar. Mit seiner Roboter-Lösung eröffnet Wandelbots einem breiten Anwenderkreis die Möglichkeit, die digitalen Helfer einzusetzen. Das Programmier-System ist kompakt und flexibel nutzbar. Einen erheblichen Anteil an dieser Flexibilität hat der Industrie-PC von Kontron, der ein zentrales Element der Programmierlösung ist.

Industrie-PC mit individuellen Anpassungen

Der Industrie-PC basiert der auf der KBox-B-Serie von Kontron. Darauf setzt der gesamte Programmierungs-Softwarestack auf. Kontakte zu Kontron-Experten im Bereich der industriellen Automatisierung hatten die Dresdner Wissenschaftler schon seit geraumer Zeit. Es war daher naheliegend, dass ein Kontron-Industrie-PC zu den Optionen gehörte, die bei der Entwicklung der neuen Robotik-Lösung getestet wurden. Wandelbots war es wichtig, dass die Komponenten für das System robust und flexibel sind, über ausreichende Kommunikationsschnittstellen verfügen, aber auch besondere Spezifikationen wie WiFi-Funktion aufweisen und Firmware- und BIOS-Updates problemlos durchgeführen lassen. Auch die Bereitstellung von zwei zusätzlichen Ethernet Ports über die PCIe-Schnittstellen der KBox sowie das ansprechende Design beeinflussten die Entscheidung für das Kontron-Produkt.

Nach einer ausführlichen Testphase mit unterschiedlichen Industrie-PCs fiel bei Wandelbots die Entscheidung, die individuell angepasste KBox für die Programmierplattform zu nutzen. „Wir hatten eine genaue Vorstellung davon, was die Einheit bieten sollte“, sagt Grosa. „Die KBox hat unsere Erwartungen in vollem Umfang erfüllt und auch unsere Anforderungen und Wünsche hinsichtlich einiger individueller Anpassungen wurden von Kontron problemlos umgesetzt. Wir suchten nach einem kompetenten Partner, der langjährige Erfahrung hat, speziell mit den industriellen Anforderungen, denen ein System gerecht werden muss. Zudem gibt uns die Partnerschaft Planungssicherheit im Hinblick auf zukünftige Evaluierungen. Diesen Partner haben wir in Kontron gefunden. Darüber hinaus hat uns die Kompetenz des Kontron-Teams während der gesamten Test- und Einführungsphase sehr geholfen. Aus der partnerschaftlichen Zusammenarbeit resultieren Lösungen, mit denen wir eine Vielzahl von Anwendern unterschiedlicher Branchen erreichen. Hier stehen wir erst am Anfang einer Entwicklung“, sagt der Robotik-Spezialist.

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