KR AGILUS erklimmt als Fensterputzer neue Höhen

Für die Automatisierung des Fensterputzens entwickelte das Team von Skyline Robotics Ozmo: Dieses System kombiniert den KR AGILUS Roboter von KUKA mit einem computergestützten Bildverarbeitungssystem, Künstlicher Intelligenz (KI) und Technologien des maschinellen Lernens. Was vorher drei bis vier Monate harter körperlicher Arbeit erforderte, schafft Ozmo automatisch in knapp der Hälfte der Zeit. Die wichtigste Verbesserung dieser Neuentwicklung: Das System sorgt für Sicherheit, indem es menschliche Arbeitskräfte auf der Arbeitsbühne ablöst. Denn für die manuelle Glasfassadenreinigung braucht es üblicherweise drei bis vier Mitarbeitende: Zwei, die auf der Arbeitsbühne entlang der Fassade putzen, eine Person auf dem Gebäudedach und manchmal eine weitere am Boden. Für die Arbeit mit Ozmo braucht es lediglich einen Menschen, der die Arbeitsbühne, die Strom- und Wasserversorgung und den Kran kontrolliert. Derweil kümmert sich der Roboter um die Glasfassade.

Damit die Versorgung mit Strom und Wasser funktioniert, wurde Ozmo so konzipiert, dass er in die bestehende Infrastruktur der Gebäudewartungseinheit (Building Maintenance Unit, BMU) passt, wobei er Strom und Wasser aus dem Gebäude selbst nutzt. Teil der Arbeitsbühne ist ein Tisch mit unterschiedlichen Sensoren und Computern. Obenauf sitzt der Roboterarm mit seiner Lidar-Kamera (Lidar steht für light imaging, detection and ranging und für die Nutzung von Laserpulsen). Die Lidar-Kamera nutzt Laser der Klasse 1, die für Menschen ungefährlich sind. Sobald dieser Tisch in die vorhandene Arbeitsbühne für die Fassadenreinigung eingespannt wird, ist das System einsatzbereit.

Ross Blum, Präsident und COO von Skyline Robotics, berichtet, dass das Skyline-Team die letzten fünf Jahre am Ozmo-Projekt gearbeitet habe. Dabei habe man verschiedene technologische Hürden überwunden und iterative Schritte auf dem Weg zur Integration aller notwendigen Komponenten und Features zurückgelegt. Dazu gehören auch der Industrieroboter KR AGILUS und seine Programmierung, die den Roboterarm dazu befähigt, beim Fensterputzen menschliche Bewegungen zu imitieren.

Ross Blum findet Analogien für die menschlichen Sinne, wenn er die Funktionsweise und Eigenschaften des Ozmo-Systems erklärt: „Der Roboterarm kommuniziert mit der Lidar-Kamera, die den Roboter zum ,Sehen‘ befähigt, und mit einem Kraft-Drehmoment-Sensor am Ende der Reinigungsbürste, die seinen ,Tastsinn‘ darstellt. Die Systemsoftware fungiert als ,Gehirn‘ und sammelt die Daten der verschiedenen Kameras und Sensoren für die kontinuierliche Optimierung der Bahnplanung mit einer Geschwindigkeit von circa 200-mal pro Sekunde, während Ozmo automatisch an der Glasfassade des Wolkenkratzers herunterfährt.“ Herzstück der Ozmo-Lösung ist der KR AGILUS in der Waterproof-Ausführung im Tandem mit einer softwarebasierten Künstlichen Intelligenz, die den Einsatz für die Glasfassadenreinigung ermöglicht. Skyline Robotics entwickelte einen Algorithmus, der Kraftkontrolle und andere Variablen an den Roboter zurückmeldet. Dadurch ist steuerbar, wie viel Druck der Roboter auf das Glas des Gebäudes ausübt.

Die KUKA Kleinrobotersteuerung KR C5 micro im System Ozmo trägt maßgeblich dazu bei, die weltweit unterschiedlichen Gewichtsbeschränkungen für Arbeitsbühnen einzuhalten. Die KR C5 micro wiegt nur 9,8 kg, ist somit bis zu 16 kg leichter als vergleichbare Steuerungen und beansprucht auch deutlich weniger Platz. In einigen Fällen kann Skyline Robotics daher mehrere KR AGILUS auf einer Arbeitsplattform unterbringen, selbst bei strengeren Gewichtsbeschränkungen. „Wir wollen das Feld beherrschen, wenn es darum geht, Roboter außerhalb von kontrollierten Umgebungen einzusetzen”, betont Blum. „Und wir glauben, dass KUKA der richtige Automatisierungspartner ist, um uns auf diesem Weg zu begleiten. Auch KUKA weitet mit seiner Robotik die Grenzen der typischen Anwendungsformen aus, und wir freuen uns darauf, enger mit den KUKA Ingenieuren zusammenzuarbeiten, um spezifisch auf die Outdoor-Umgebung zugeschnittene Produkte zu entwickeln.“

Die gesamte in Ozmo integrierte Technologie ist äußerst fortschrittlich, insbesondere die Software sowie die erstklassigen Hardwarekomponenten. Sie erlauben es Skyline Robotics zum einen, die Roboterbewegungen zu kontrollieren und immer neu zu adaptieren, während der Roboter die Fenster putzt. Und sie ermöglichen zum anderen, die Arbeitsbühne mit dem Roboter in Echtzeit zu stabilisieren. Das ist eine Herausforderung, weil immer wieder mit unerwarteten Vorkommnissen wie Windböen oder Besonderheiten der Kran-Kinematik gerechnet werden muss. Diese können dazu führen, dass sich eine Seite der Plattform weiter nach unten neigt als die andere. Doch Ozmo ist in der Lage, diese Variablen zu erfassen und sofort zu kompensieren. So wird eine Glas-Reinigung höchster Qualität und der effizienteste Pfad gesichert. Zur Stabilisierung nutzt Ozmo den KR AGILUS Roboter und seine Fähigkeit, als Gegenkraft für eine unstabilisierte Arbeitsbühne zu wirken. Der Roboterarm bleibt dann eine zusätzliche halbe Sekunde am Gebäude-Fenster fixiert, um Schaukelbewegungen der Arbeitsbühne zu verhindern. Laut Ross Blum ist Skyline Robotics das erste und bisher einzige Robotikunternehmen, das einen Roboterarm erfolgreich auf diese Weise einsetzt.

Apropos Proof-of-Concept-Phase: Für diese bekommt Skyline Robotics nun umfangreiche Unterstützung. Das Unternehmen gab den erfolgreichen Abschluss einer 6,5-Millionen-Dollar-Finanzierungsrunde bekannt. Skyline Standard Holdings leitete die Finanzierungsrunde, Kärcher New Venture GmbH, Gefen Capital und andere beteiligten sich. „Kärcher freut sich, Skyline Robotics weiterhin bei der Mission zu unterstützen, eine effizientere und sicherere Arbeitsumgebung für die Fensterreinigung auf globaler Ebene zu schaffen“, so Patrick Nennewitz, Head of Corporate Venturing bei der Kärcher New Ventures GmbH. Laut Nennewitz ist „die Fähigkeit von Skyline, eine Branche mithilfe von Robotern umzugestalten und gleichzeitig Arbeitsplätze zu schaffen, ein Modell, das andere Robotikunternehmen nachahmen sollten. Da die Gebäude immer höher werden und die Zahl der Arbeitskräfte schrumpft, kommt die Gründung von Skyline zur rechten Zeit und ist notwendig.“