Staubsauger-Prinzip und KI: Neue Ideen für eine sich wandelnde Arbeitswelt

Vom Automobilkonzern bis zum Tischlermeister, vom Ingenieur bis zum Handwerker: Immer mehr Menschen kommen mit Robotik in Berührung und nutzen Technologien in ihrem Arbeitsalltag. Wie lässt sich die Arbeit mit Cobots möglichst einfach und intuitiv gestalten? Dafür entwickelten die Forscherinnen und Forscher im Forschungsprojekt OPERA innovative Ideen.

Teresa Scheunert

19. März 2025

Imagine

Lesezeit: 5 Min.

Roboter sind nützliche Helfer. Sie übernehmen Aufgaben, die monoton oder anstrengend sind und helfen dabei, effizienter zu werden. Doch vor allem für kleinere und mittlere Unternehmen gibt es Hürden beim Robotik-Einsatz: sie können es sich oft nicht leisten, eigene Programmierer zu beschäftigen, die Integration eines Roboters in ein Gesamtkonzept aus Steuerungen und Software ist oft komplex, dazu kommt eine Produktion mit kleinen Stückzahlen und einer sich ständig verändernden Umgebung. Wie schafft man es also, eine Roboterzelle schnell und günstig einzurichten?

Cobot-Bedienung mit neuen Ideen

Eine Lösung bieten neue Technologien: Intuitive Bedienkonzepte und der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) erleichtern den Zugang zu Robotik. So können sensitive Cobots für ihre Aufgaben „angelernt“ werden, indem der Anwender mit ihnen per Hand die gewünschten Bewegungsabläufe durchführt. Diese handgeführte Programmierung macht den Einsatz vor allem für mittelständische Unternehmen ohne großen Erfahrungsschatz einfacher und schneller.

„Auf dieser Grundidee haben wir aufgebaut und neue Features entwickelt“, erzählt Dr. Niels Dehio, OPERA-Projektleiter bei KUKA und Experte für KI. Zusammen mit Partnern vom DLR in Oberpfaffenhofen arbeitete er in dem bayerischen Forschungsprojekt, das bis Ende 2024 lief, an der nächsten Stufe der KI-basierten Automatisierung. „Die von Menschen auf klassische Weise programmierten Bewegungen sind oft eher starr und verlaufen nicht immer in der für einen Roboter optimalen Bahn. Dazu kommt, dass die modernen KUKA Roboter nicht nur fix vorprogrammierte Aufgaben monoton ausführen, sondern sich an veränderte Bedingungen anpassen sollen – also eine gewisse Flexibilität und Intelligenz aufweisen müssen.“

Modellierung nach dem Staubsauger-Prinzip

Ein entscheidender Punkt dabei: Roboter-Bewegungen sicher und kollisionsfrei auszuführen. Dazu kann die Umgebung des Roboters virtuell hochpräzise modelliert werden, damit der Roboter seine Umwelt, in der er sich bewegt, kennt und bei seiner Bewegung darauf Rücksicht nimmt, damit nichts kaputt geht. Doch viele kleinere Betriebe haben eine flexible Produktionsumgebung, die sich ständig ändert. Genau für solche Fälle haben die Forscherinnen und Forscher bei OPERA Konzepte entwickelt, um Roboterzellen schnell, einfach und kostengünstig zu modellieren.

„Der Cobot wird per Hand wenige Minuten bewegt, der Raum um den Roboter herum wird quasi wie mit einem Staubsauger in der Hand abgefahren“, erklärt Dehio. Daraus wird dann ein präzises Hindernismodell erstellt – der Roboter weiß also genau, wo er sich problemlos bewegen kann und wo sich Hindernisse wie Säulen oder Tische befinden. Anschließend optimiert ein Algorithmus die Bewegung des Cobots, vollkommen automatisch. Dank des neuen Hindernismodells ist damit sichergestellt, dass der Roboter nirgends anstößt – ganz ohne teure Sensoren und auch für neue Nutzer intuitiv.

Lernen durch Nachmachen – und KI

Darüber hinaus hat sich das Team rund um das Projekt OPERA damit beschäftigt, mit Hilfe von KI dem Cobot den Umgang mit Prozessvarianz beizubringen. Dabei erfasst der Roboter mit Hilfe einer Kamera die Szenerie und ihm wird – wieder mit Hilfe von Handführen – mehrfach die gewünschte Bewegung leicht abgeändert vorgemacht. Auf dieser Basis kreierten die Entwicklerinnen und Entwickler ein KI-Modell, so dass sich der Roboter auf leicht veränderte Situationen selbstständig anpassen kann. Die Umweltmodellierung nach dem Staubsauger-Prinzip dient dabei als weitere Sicherheitsmaßnahme, um Kollisionen zu vermeiden.

Neue Ideen für eine sich verändernde Produktionswelt

Solche innovativen Konzepte können die Art und Weise, wie Roboter eingesetzt werden, verändern und den Einsatz von Robotik einfacher und günstiger machen – gerade in einer Produktionsumgebung, die sich häufig ändert. Auch nach dem Abschluss des dreijährigen Projekts arbeitet ein internationales Doktorandenteam bei KUKA weiter an diesem Thema. „Künstliche Intelligenz in Kombination mit Vision-Systemen eröffnen in der Robotik großes Potenzial“, sagt Dr. Dehio. Und um dieses Potenzial für eine intuitivere Robotik zu nutzen, haben Niels Dehio, seine Kolleginnen und Kollegen und weitere Teams von KUKA die KI-Zukunftsthemen fest im Blick.