BionicCobot könnte Textilindustrie revolutionieren

Die chinesische Bekleidungsbranche stellt sich neu auf. Gestiegene Lohnkosten zwingen zu mehr Automatisierung, anspruchsvollere Kunden zu mehr Qualität. Nirgendwo auf der Welt wird so viel Bekleidung produziert wie in China. Das Reich der Mitte hat mit einem durchschnittlichen Stundenlohn für einen chinesischen Textilarbeiter von rund 5,2 US$ nicht nur klassische Schwellenländer wie Thailand (2,3 US$) oder Mexiko (3,9 US$) hinter sich gelassen, sondern nähert sich bereits an einzelne europäische Länder wie beispielsweise Griechenland mit 6,O US$ an.

Daher erkennen immer mehr chinesische Textilhersteller den Zwang zu mehr Automatisierung. Mehr und bessere Maschinen drängen die bisherige arbeitsintensive manuelle Fertigung immer weiter zurück. Der Kostendruck kann dadurch sinken bei gleichzeitig präziserer und schnellerer Ausführung. Die Folge: Die Beschäftigung in chinesischen Textilfabriken sank zwischen 2015 und 2017 um 14% - von 9,1 auf 7,8 Millionen Textilarbeiter. Branchenexperten rechnen damit, dass sich dieser Trend fortsetzt. Doch die bisher eingesetzten Maschinen und Anlagen können nicht jede Aufgabe erfüllen.

Kooperierender Roboter

Wie wäre es da, wenn ein kooperierender Roboter einfache Aufgaben der Zuführung übernehmen könnte? Wo Textilteile unsortiert und nicht gleichförmig zum Arbeitsplatz eines Nähers oder einer Näherin kommen, könnte Automatisierungstechnik Abhilfe schaffen. Denn mittelfristig könnten China bei der Lohnentwicklung die Arbeitskräfte für solche Tätigkeiten ausgehen.

Linear- und Raumportale stoßen bei solchen Aufgaben an die Grenzen ihrer Flexibilität. Bisher bekannte elektrisch angetriebene kooperierende Roboter sind für die Textilindustrie zu kostenintensiv. Eine Lösung könnte der BionicWorkplace von Festo sein. Ausgestattet mit zahlreichen Sensoren und einer gehörigen Portion Intelligenz arbeitet in dieser Konzeptstudie der BionicCobot von Festo, ein pneumatisch angetriebener kooperierender Roboter.

Nachgiebige Pneumatik

Vor allem bei monotonen oder gefährlichen Tätigkeiten könnten Roboter als Assistenzsysteme Aufgaben übernehmen und den Menschen entlasten. Bionische Leichtbauroboter sind aufgrund ihrer natürlichen Bewegungsmuster und der eingesetzten nachgiebigen Pneumatik geradezu prädestiniert für eine gefahrlose Mensch-Roboter-Kollaboration. Sie könnten eine preisgünstige Alternative zu klassischen Roboterkonzepten werden.

Ein interessanter Ansatz ist, dass ein pneumatisch betätigter Cobot mit weniger und günstigeren Bauteilen auskommt als alle bisher bekannten elektrisch betriebenen kooperierenden Roboter. Letztere benötigen ein relativ teures Spindelsystem für jede der sieben Achsen inklusive Motoren, Spindeln, Frequenzumrichter und Wegmesssystemen. Demgegenüber kommt ein pneumatischer Roboter mit nur einem Flügelschwenkantrieb aus Polymer pro Achse aus.

Sanfte Bewegungen dank digitalisierter Pneumatik

Seine Bewegungen erzeugt der BionicCobot durch Luftdruck, was ihn nachgiebig macht. Dadurch kann er unmittelbar und sicher mit Menschen interagieren. Basis dafür ist die digitalisierte Pneumatik: Die Automatisierungsplattform Festo Motion Terminal VTEM steuert mit Hilfe von Motion Apps die Bewegungen an: Sie lassen sich je nach Bedarf kraftvoll und dynamisch, aber auch sensibel und nachgiebig regeln, so dass das System selbst im Falle einer Kollision den Menschen nicht gefährdet. Das Festo Motion Terminal vereinigt hochpräzise Mechanik, Sensorik sowie komplexe Steuerungs- und Messtechnik auf engstem Raum.

Unter der Annahme cloudbasierter teachbarer Intelligenz beispielsweise per Google Commons und Kamerasystemen von Festo könnten sich für die Bediener bei der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb ganz neue und vor allem intuitiv einfache Perspektiven auftun.

Vorbild Natur

In seinen Bewegungsmustern ist der BionicCobot dem menschlichen Arm nachempfunden, von der Schulter über Oberarm, Ellbogen, Elle und Speiche bis zur Greifhand. Wie die Blutgefäße und Nervenstränge im menschlichen Körper verlaufen die Druckluftleitungen sicher im Inneren der Konstruktion und können so nicht abknicken. Sie versorgen die pneumatischen Schwenkflügel-Antriebe, die in den sieben Gelenken des Roboterarms sitzen. In jedem Gelenk sind außerdem zwei Drucksensoren und ein Absolut-Encoder mit CAN-Bus zur Ermittlung der Positionsdaten verbaut. Der BionicCobot kann wie sein biologisches Vorbild sehr feinfühlige Bewegungen ausführen.

Intuitive Bewegungen

Je nach Aufgabenstellung lassen sich an den BionicCobot unterschiedliche Greifer anschließen. Seine Bedienung erfolgt intuitiv über ein eigens entwickeltes grafisches User Interface: Mit einem Tablet kann der Anwender die durchzuführenden Aktionen ganz einfach teachen und parametrieren. Anschließend lassen sich die definierten Arbeitsschritte per Drag and Drop in einer Zeitleiste beliebig aneinander reihen. Dabei wird der komplette Bewegungsablauf virtuell abgebildet und gleichzeitig simuliert. Schnittstelle zwischen dem Tablet und dem Festo Motion Terminal ist die Open-Source-Plattform ROS (Robot Operating System), auf der die Bahnplanungen der Kinematik berechnet werden.

Eingebettet in die Umgebung des BionicWorkplace von Festo machen Künstliche Intelligenz und Machine Learning Arbeitsplätze zu lernenden Systemen, die sich kontinuierlich weiterentwickeln und sich optimal an die Anforderungen anpassen. Im BionicWorkplace arbeiten Mensch und bionischer Roboterarm sowie zahlreiche Assistenzsysteme und Peripheriegeräte zusammen, die miteinander vernetzt sind und untereinander kommunizieren. Die Technik unterstützt den Werker bei seiner Aufgabe und entlastet ihn bei anstrengenden oder gefährlichen Tätigkeiten.

Lernendes System dank Sensorik und Künstlicher Intelligenz

Der gesamte Arbeitsplatz ist ergonomisch gestaltet und bis hin zur Beleuchtung individuell an den Menschen adaptierbar. Sensoren und Kamerasysteme erfassen die Positionen von Werker, Bauteilen und Werkzeugen, so dass der Mensch den BionicCobot über Bewegung, Berührung oder über die Sprache intuitiv steuern kann. Eine Software verarbeitet gleichzeitig sämtliche Kamerabilder und Inputs der verschiedenen Peripheriegeräte. Aus diesen Informationen leitet sie den optimalen Programmablauf ab. Das System lernt mit jeder gelösten Aktion dazu und optimiert sich so selbst. So gelangt man von einem gesteuerten, programmierten und festen Ablauf nach und nach zu einem wesentlich freieren Arbeiten.

Wissen teilen und global nutzen

Die einmal gelernten und optimierten Prozesse und Fertigkeiten des BionicWorkplace lassen sich sehr einfach in Echtzeit auf andere Systeme dieser Art übertragen und global zur Verfügung stellen. So ist es möglich, Arbeitsplätze künftig als weltweit vernetzten Verbund aufzubauen und Wissensbausteine darin zu teilen, wobei die Kommunikation der jeweiligen Landessprache angepasst wird. Die Produktion wird dadurch nicht nur flexibler, sondern auch dezentraler: Werker können Produktionsaufträge etwa über Internetplattformen abrufen und sie eigenständig in Kooperation mit den Maschinen ausführen – abgestimmt auf individuelle Kundenwünsche und -bedürfnisse. Auch eine Fernmanipulation des Arbeitsplatzes ist denkbar.