Greiftechnik & Handhabung

Wie künstliche Intelligenz autonomes Greifen möglich macht

| Redakteur: Sariana Kunze

Mit künstlicher Intelligenz neue Maßstäbe im kollaborienden Handling setzen, dies ist das Ziel von Schunk. Auf der Hannover Messe 2019 wird ein Standardgreifer mit einer Greifkraft von 450 N mit einem Menschen eng zusammenarbeiten.
Mit künstlicher Intelligenz neue Maßstäbe im kollaborienden Handling setzen, dies ist das Ziel von Schunk. Auf der Hannover Messe 2019 wird ein Standardgreifer mit einer Greifkraft von 450 N mit einem Menschen eng zusammenarbeiten. (Bild: Schunk)

Greifer machen ihre Arbeit zuverlässig, aber nicht immer arbeiten sie so feinfühlig, wie es für manche sensible Werkstücke erforderlich wäre. Künstliche Intelligenz (KI) kann einem Greifer mehr Fingerspitzengefühl verleihen. Aber: Wie wird aus einem Industriegreifer ein smarter, autonomer Industriegreifer?

Behutsam greift eine Roboterhand ein zufällig zusammengestecktes Gebilde aus bunten Bauklötzen und legt es kurz darauf wieder beiseite. Identifizieren, greifen, ablegen. Immer und immer wieder. Was auf den ersten Blick wirkt wie das klassische Spiel eines Kleinkindes, hat einen höchst professionellen Hintergrund: Roboter und andere Handlingsysteme sollen künftig in der Lage sein, Gegenstände selbständig zu erkennen, zu prüfen und letztlich autonom zu handhaben. Im Zuge von Industrie 4.0 stellt sich dabei die Frage: Wie wird aus einem Industriegreifer ein smarter, autonomer Industriegreifer?

Das Data Science Team von Körber Digital hat untersucht, wie komplex Greifvorgänge sein können und wie diese intelligenter durchgeführt werden könnten: von der Datenanalyse und -auswertung über die Charakterisierung von Greifvorgängen bis hin zur Identifikation zusätzlicher Anwendungsmöglichkeiten.

Den Greifvorgang auf Datenbasis analysieren

„Im ersten Schritt wurden die vorhandenen Daten gesichtet, bewertet und interpretiert. Basis dafür war die enge Rücksprache mit Experten und eine grundlegende Einarbeitung unseres Data Science Teams in die elektromechanischen Abläufe und Zusammenhänge eines Greifers“, beschreibt Sven Warnke, Data Scientist bei Körber Digital. Bei der anschließenden Visualisierung der Daten zeichneten sich klare Muster ab: „Ein Greifvorgang kann anhand der Messdaten in die drei Phasen ‚Greifer schließt sich’, ‚Objekt halten’ und ‚Greifer öffnet sich’ unterteilt werden. Wir haben daraus einen Algorithmus entwickelt, der diese Unterteilung für die gesamten Daten automatisch durchführt.“ Darauf aufbauend wurden die Greifvorgänge tiefergehend analysiert: In einem iterativen Vorgehen wurden kontinuierlich Hypothesen aufgestellt, die durch weitere Darstellungen und Analysen entweder belegt oder widerlegt wurden.

Smarter Greifer, der mitdenkt

Das Erkennen und Vermeiden von Fehlern, etwa per Outlier Detection, gehört zu den Grunddisziplinen und den häufig angewandten Methoden der Data Science. „Bei den Greifern haben wir aus der entgegengesetzten Richtung gedacht und haben zuallererst erfolgreiche Greifvorgänge definiert, damit wir wertvollere Erkenntnisse erlangen konnten als mit der reinen Fehlersuche.“ Zur Charakterisierung erfolgreicher Greifvorgänge ermittelte Körber Digital zwei Herangehensweisen, die sich gegenseitig ergänzen: Bei der ersten Herangehensweise wurde der akzeptable Wertebereich für Messwerte, wie zum Beispiel die Greiferposition oder der Greiferstrom, zu bestimmten Zeitpunkten während eines Greifvorgangs identifiziert. Daraus ergibt sich eine Art Schablone für einen erfolgreichen Greifvorgang. In Ergänzung dazu beschreibt die zweite Herangehensweise einen erfolgreichen Greifvorgang anhand bestimmter Greifvorgang-Charakteristika, sogenannte Features. Hier wurden ebenfalls die entsprechenden Wertebereiche ermittelt.

Die Charakterisierung erfolgreicher Greifvorgänge ermöglicht die Erkennung fehlerhafter und ungewöhnlicher Greifvorgänge und eine Klassifikation von Greifvorgängen. „So können die Greifer nicht nur erkennen, dass ein Greifvorgang ein Bauteil beschädigt hat,“ erklärt Sven Warnke, „sie sehen auch voraus, wenn sich die Beschädigung des Bauteils abzeichnet.“ Darüber hinaus haben die Analysen Erkenntnisse über den zeitlichen Verlauf unterschiedlicher Messgrößen wie etwa den Greiferstrom ergeben – eine wertvolle Basis, um die Greifer noch zuverlässiger arbeiten zu lassen.

Einen Schritt weiter ist bereits das Unternehmen Schunk: Auf der Hannover Messe 2019 zeigt der Greifsystem- und Spanntechnikspezialist, welche Möglichkeiten und Chancen intelligente Greifsystemlösungen für die smarten Szenarien der Industrie 4.0 bieten und wie Digitalisierung sowie Künstliche Intelligenz Handhabungsprozesse bereichern.

Die industrielle Handhabung neu erfinden

Prof. Markus Glück, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung, Cino Schunk, erklärt: „ Die industrielle Handhabung wird neu erfunden.“
Prof. Markus Glück, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung, Cino Schunk, erklärt: „ Die industrielle Handhabung wird neu erfunden.“ (Bild: Schunk)

„In den kommenden Jahren wird die industrielle Handhabung neu erfunden“, ist Prof. Dr. Markus Glück, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung, Cino bei Schunk, überzeugt. Wo früher aufwändig jeder einzelne Schritt programmiert wurde, werden Handlinglösungen von morgen sehr viel selbständiger agieren. „Der Markt fordert schon heute Greifsysteme, die sich zügig und intuitiv in Betrieb nehmen lassen und selbsttätig an variierende Greifsituationen anpassen. Zusätzlich werden die Kollaboration von Mensch und Roboter sowie die Kommunikation zwischen den am Produktionsprozess beteiligten Komponenten rasant an Bedeutung gewinnen. Intelligenz, Vernetzung und Kollaboration werden zu Treibern der Produktionsautomatisierung“, unterstreicht Glück.

Steuerungssysteme mit Greifwerkzeugen zuwachsen lassen

Zur Hannover Messe wird Schunk beispielsweise das Programm des pneumatischen PGN-plus-P nochmals erweitert. Zugleich forciert der Greiferanbieter seine Aktivitäten im Mechatroniksegment. Die Herausforderung, elektrische Steuerungssysteme mit Greifwerkzeugen zusammenwachsen zu lassen, führt unaufhaltsam zur mechatronischen Komponentenvernetzung. Letztlich geht es darum, die Kraftanforderungen der Pneumatikwelt bestmöglich mit den Vernetzungsmöglichkeiten und Steuerungslandschaften einer smarten und kollaborativen Fabrik zu kombinieren.

Kollaborativer Greifer mit 450 N Kraft

So wird Schunk erstmals auf der Hannover Messe einen DGUV-zertifizierten Greifer für kollaborative Anwendungen präsentieren, der über eine Greifkraft von 450 N verfügt – mehr als bislang üblich und möglich war. Damit öffnet das Unternehmen den Markt der Kollaboration für Handlinggewichte jenseits der Kleinteilemontage. Schunk glaubt, dass vor allem automobilnahe Zulieferindustrie und die Automobilisten dieses Produkt interessant finden werden. Zudem wird ein flexibel einsetzbarer Mechatronikgreifer mit großem Hub für variantenreiche industrielle Anwendungen vorgestellt, der über Profinet angesteuert wird und seine Finger außerordentlich schnell positioniert.

BUCHTIPPDas Buch „Industrieroboter“ ist ein Handbuch für KMU mit Tipps und Tricks zum Thema Robotereinsatz. Es werden die wichtigsten Grundlagen der Robotertechnik vermittelt und Methoden erläutert, wie bewertet werden kann, ob sich ein Produkt oder Prozess durch Robotereinsatz automatisieren lässt.

Der Trend geht zum autonomen Greifer

Smarte Greifer von Schunk vermessen, identifizieren und überwachen schon jetzt in Echtzeit gegriffene Bauteile und den laufenden Produktionsprozess.
Smarte Greifer von Schunk vermessen, identifizieren und überwachen schon jetzt in Echtzeit gegriffene Bauteile und den laufenden Produktionsprozess. (Bild: Schunk)

Mithilfe des maschinellen Lernens sollen Handhabungslösungen künftig in der Lage sein, auf Grundlage vorhandener Datenbestände und Algorithmen Gesetzmäßigkeiten zu erkennen und entsprechende Reaktionen abzuleiten. So nutzt Schunk beim Smart Gripping die Daten mehrerer Sensoren, um durch Daten-Korrelation neue Informationen zu erhalten und intelligent Entscheidungen zu treffen. Mittel- und langfristig, so die Einschätzung des Greifsystemspezialisten, geht der Trend zum autonomen Greifen. Im Zusammenspiel mit 2D- und 3D-Kameras werden Greifer in der Lage sein, Kollisionen zu vermeiden, sie werden wissen, wie Werkstücke zu greifen sind, und gemeinsam mit dem übergeordneten Handhabungssystem die optimale Greifstrategie entwickeln. Letztlich sollen Greifsysteme in die Lage versetzt werden, Teile eigenständig zu handhaben und die zugrundeliegenden Algorithmen selbständig immer weiter zu verfeinern.

Hannover Messe: Halle 17, Stand B40

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