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Universal Robots A/S

FAULHABER SA

Roboter werden intelligent

Die Entwicklung intelligenter Roboter vollzieht sich durch die Integration verschiedener fortschrittlicher Technologien, die es Maschinen ermöglichen, von starr programmierten Geräten zu lernfähigen, adaptiven Systemen zu werden. Im Kern dieser Transformation stehen die Künstliche Intelligenz (KI), Computer Vision und sensorische Wahrnehmung, Machine und Deep Learning und auch Fortschritte im Edge Computing. Einen ersten quasi revolutionären Wendepunkte in der Geschichte der Robotik markiert daher der kollaborative Roboter, auch Cobot genannt.

Cobots: kollaborative Roboter

Die Wurzeln kollaborativer Roboter reichen bis in die frühen 1990er Jahre zurück, als das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt 1993 mit dem Leichtroboter Rotex für die Spacelab-Mission D2 erste wegweisende Experimente zur sensorbasierten Kollisionserkennung und Gewichtskompensation durchführte. Den eigentlichen Durchbruch am Markt erzielte Universal Robots 2008 mit dem UR5, dem weltweit ersten serienmässigen Industrie-Cobot. Die Entwicklung wurde durch rasante Fortschritte in der Sensorik, künstlichen Intelligenz und maschinellem Lernen beschleunigt.

Die herausragenden Stärken kollaborativer Roboter liegen in ihrer Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit, die sie grundlegend von traditionellen Industrierobotern unterscheiden. Cobots können intuitiv programmiert werden, oft durch einfaches Teaching per Hand und seit kurzem dank generativer KI auch per Spracheingabe. Dadurch können auch Personen ohne Robotik-Expertise Cobots als Automatisierungslösung im Unternehmen bedienen. Die Anpassungsfähigkeit macht kollaborative Roboter ideal für den Einsatz in kleineren und mittleren Unternehmen, wo häufige Produktwechsel und geringe Stückzahlen traditionelle Roboterlösungen unwirtschaftlich machen. Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt in den deutlich reduzierten Investitionskosten, da teure Schutzzäune, separate Arbeitsbereiche und aufwendige Sicherheitsinstallationen entfallen. Cobots sind kompakt, mobil und können flexibel zwischen verschiedenen Arbeitsplätzen bewegt werden, was sie auch zu idealen Lösungen für Unternehmen mit begrenztem Platzangebot macht. Allerdings begrenzen die geringeren Arbeitsgeschwindigkeiten und limitierte Traglasten die Produktivität der Cobots.

Mobile Roboter: AGV und AMR

Mobile Roboter revolutionieren die moderne Intralogistik durch die Automatisierung von Transportaufgaben und repräsentieren eine der dynamischsten Entwicklungen in der Robotertechnologie. KI-gestützte Navigation und Kollisionsvermeidung, Schwarmrobotik für koordinierte Bewegungen, Integration von IoT für Echtzeitdatenanalyse und Lithium-Batterie-Technologie für längere Betriebszeiten sind die typischen Entwicklungstreiber. Die wichtigsten mobilen Robotik-Systeme sind Automated Guided Vehicles (AGV) und Autonomous Mobile Robots (AMR). Die verschiedenen Systeme unterscheiden sich in ihrer Technologie, Flexibilität und Einsatzweise teilweise deutlich. AGV repräsentieren die traditionellere Variante mobiler Roboter und folgen fest vordefinierten Routen über physische Leitlinien. Die Navigation erfolgt typischerweise über Magnetbänder, die am Boden verlegt werden und von Sensoren am Fahrzeug erkannt werden. AGV sind besonders zuverlässig für wiederkehrende Transporte auf stabilen Routen, reagieren jedoch auf Hindernisse nur durch Stoppen und Warten, bis der Weg freigeräumt ist. Änderungen der Fahrtrouten erfordern physische Umbauten der Infrastruktur.

AMR stellen die neueste Generation mobiler Roboter dar und zeichnen sich durch vollständig autonome Navigation ohne feste Infrastruktur aus. Das Herzstück ihrer Technologie bildet SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), das es ihnen ermöglicht, in Echtzeit eine Karte ihrer Umgebung zu erstellen und gleichzeitig ihre eigene Position darin zu bestimmen. AMR sind mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, Kameras für visuelle Wahrnehmung und Objekterkennung, Ultraschallsensoren für Nahbereichsdetektionen sowie Inertial Measurement Units (IMU) für Bewegungsdaten. Diese Sensordaten werden durch künstliche Intelligenz analysiert, um Echtzeit-Entscheidungen zu treffen und optimale Fahrtrouten zu berechnen. Die Haupteinsatzgebiete mobiler Roboter konzentrieren sich auf die Intralogistik, wo sie Transport-, Kommissionier- und Sortieraufgaben übernehmen.

Kognitive Roboter

Kognitive Roboter sind KI-gestützte Systeme und sie repräsentieren eine neue und fortschrittliche Entwicklungsstufe der Robotertechnologie und zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, menschenähnliche kognitive Prozesse wie Wahrnehmung, Verstehen, Lernen und eigenständige Problemlösung zu vollziehen. Sie können in unstrukturierten und veränderlichen Situationen autonom agieren, ohne dabei auf Neuprogrammierung angewiesen zu sein. Wahrnehmung und sensorische Integration bilden das Fundament kognitiver Robotersysteme. Diese Maschinen verfügen über hochentwickelte Sensorsysteme, die eine vollständige Erfassung ihrer Umgebung ermöglichen, einschliesslich maschinellem Sehen für Objekterkennung und räumliche Orientierung, Spracherkennung für natürliche Kommunikation, sowie taktile Sensoren für haptisches Feedback. Kernkompetenzen der kognitiven Roboter sind Machine Learning und Anpassungsfähigkeit. Aktuelle Beispiele sind Maira von Neura-Robotics und Annie vom Fraunhofer IFF. Die Anwendungsgebiete kognitiver Roboter erstrecken sich über ein breites Spektrum von industriellen bis hin zu sozialen Bereichen. Diese Entwicklung markiert den Übergang von der klassischen Automatisierung hin zu wirklich intelligenten Systemen, die nicht nur programmierte Aufgaben ausführen, sondern eigenständig denken, lernen und sich an eine sich ständig verändernde Welt anpassen können.

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