Wie ist Ihre Roboterplattform entstanden?
Der Roboter selbst heißt Eduard, ist ca. 40x40x15cm groß und wiegt knapp 8kg. Er entstand aus einer Anfrage eines Unternehmens an Prof. Stefan May. Man wünschte sich eine Plattform für die Aus- und Weiterbildung von Mitarbeitern bezüglich mobiler Robotik. Deshalb bietet EduArt Robotik, außer der Roboterplattform, ein Lehr- und Serviceangebot zum Testen und Optimieren an.
Wir bieten die Plattform mit einfachen Gummireifen, aber auch mit Mecanumrädern an. Diese ermöglichen es dem Roboter auf der Stelle zu drehen, seitlich oder diagonal zu fahren. Dadurch ist eine exakte Positionierung und Navigation in sehr engen Räumen möglich. Die Gummi-Reifen werden hauptsächlich für die Erprobung in Außenbereichen oder in der Rettungsrobotik - aber nur in gestellten Szenarien - eingesetzt. Bei beiden Anwendungen ist die Verwendung der qualitativ hochwertigen Faulhaber-Motoren optimal.

Was zeichnet Ihre Roboterplattform aus?
Die Plattform verfügt über offene Schnittstellen, ein integriertes Sensorkonzept mit integrierten Distanz- und Inertialmessgeräten und ein integriertes Batteriemanagementsystem (BMS). Diese Basisausstattung kann auf Kundewunsch ausgebaut werden, entweder durch uns oder durch den Kunde selber. Damit kann der Kunde beispielsweise die Übersetzung des Antriebs wählen, ob 72:1 oder 89:1, je nachdem welche Geschwindigkeit oder welches Drehmoment gefordert ist. So kann der Kunde seine neuen Konzepte kosteneffizient austesten. Wir helfen aber auch Lösungen für Anwendungsfälle zu realisieren.

Wie relevant ist der Einsatz von EduArt in der Industrie?
FTS und AMR werden immer wichtiger für die Automation und es gibt leider wenig Wissen in den Firmen. Die Roboterplattform erlaubt es z.B. ein neues Sensorsystem schnell und einfach zu testen. Und da die Plattform nahezu beliebig erweiterungsfähig ist, kann sie entsprechendes Wissen in die Fertigung bringen.

Trends für FTS und AMR gehen zu mehr Autonomie. Sie ‚werden‘ Teil der Produktion und agieren mit Produktionsmodulen statt mit Förderbändern. So agieren FTS und AMR notgedrungen zusammen. Verstehen die sich gegenseitig?
FTS und AMR haben die Standardschnittstelle VDA5050 und können so auch mit der Leitstelle kommunizieren. Neue Software ist durch eine Plattform wie Eduard leicht vom Kunden zu testen und dann sind die Ergebnisse 1:1 auf große FTS und AMR übertragbar. Anwendung lassen sich so ohne großen Simulationsaufwand evaluieren, denn die Software bleibt im Wesentlichen gleich, ob bei Eduard oder beim großen System. Ein Digitaler Zwilling hilft hier bei der Planung und Erweiterung und den gibt’s auf Wunsch zur Plattform dazu.

Die Antriebssysteme von Eduard müssen ja auch die zukünftigen Anforderungen der FTS- und AMR-Konzepte erfüllen. Welche Antriebssysteme setzen sie bei der Plattform ein und warum?
Wir verwenden in unserer Schulungs- und PoC-Plattform DC-Kleinstmotoren mit Edelmetallkommutierung von Faulhaber, diese können trotz der geringen Größe ein großes Moment aufbringen und sind besonders leistungseffizient. Zudem sind sie einfach in der Ansteuerung und eignen sich für hochgenaue Regelkreise. Für größere Plattformen verwendeten wir große DC-Motoren desselben Herstellers, um ein schnelles Proof of Concept zu ermöglichen zum Beispiel leichte Ansteuerung durch eigene Elektronik. Diese ersetzten wir gegebenenfalls dann für die Anwendung durch BLDC-Motoren, da diese wartungsfrei und langlebig sind.

Seit langem zeichnet sich die Produktion durch sinkende Losgrößen und steigende Variantenzahlen aus. Welche Auswirkungen hat das auf die Logistik und auf die Funktionalität von FTS und AMR?
Man braucht Roboter für kleinere Lasten, d.h. kleinere Roboter mit kleineren, aber leistungsfähigeren Antrieben, wie die hochwertigen von Faulhaber. Diese autonomen Flurförderzeuge haben einen reduzierten Elektronikaufwand und kleinere Akkus, was weniger Gewicht und einen geringeren Energieverbrauch mit sich bringt. Stehen dann wieder höhere Lasten an, ist das Hochskalieren und das Arbeiten im Verbund kein Problem, denn dank hochpräziser Antriebe funktionieren die Roboter kollisionsfrei zusammen.

Mehr Funktionalität erfordert mehr Komplexität bei FTF und AMR: Was ist da machbar und sinnvoll?
Bei FTS und AMR gilt: komplex ist nur die Software. Wichtig ist die Planung, damit FTSs problemlos mit anderen zusammenarbeiten. Damit sie nicht nur Paletten erkennen, sondern auch sehen, ob sie voll oder leer sind oder vielleicht verkantet stehen, muss das FTS möglichst intelligent sein. Hier kommt KI (Künstliche Intelligenz) ins Spiel. Durch ihren Einsatz wird die Komplexität steigen und um das effizient zu testen, bietet sich unser kleiner Roboter an.
Ein weiterer Trend geht zu größeren automatisierten Flotten und dazu braucht man ein Flottenmanagement. Roboter müssen dazu untereinander agieren, selbst ‚denken‘, sich über Standardschnittstellen austauschen und wenn nötig kooperieren. Ob die FTS/AMR dabei klein oder groß sind, die Software ist im Wesentlichen dieselbe, der Unterschied in den Programmen beläuft sich nur auf wenige Zeilen. Die Software muss dabei nur wenig über den AMR wissen, sie muss z.B. berechnen, wo der Roboter auf dem Hallenplan lokalisiert ist. Die Navigation, die als eine der wenigen Komponenten die Maße des Roboters kennt, sucht dann den geeigneten Pfad. Allerdings ist Testen immer wichtig, denn die mobile Robotik ist jung, weshalb es noch nicht so viele Standards gibt.

Um die geforderte Geschwindigkeit zu erreichen, errechnet der Motorcontroller wie viele Rad-Umdrehungen nötig sind. Das anzupassen braucht drei Zeilen im Programmcode oder eine Konfigurationsdatei. Faulhaber liefert dazu Motoren mit hochgenauen Getrieben und Encodern für eine genau Positionierung und die bringen zusammen optimale Leistung und Sicherheit.

Intralogistik 4.0/Industrie 4.0 bringt die Notwendigkeit FTS und AMR zu vernetzen: Wie steht‘s dabei mit dem Agieren über die Cloud oder doch lieber über die Edge? Und wie sieht es dabei mit der Sicherheit/Hacker aus?
Abhängig vom Hersteller kann man die Systeme in gewissem Umfang „unhackbar“ machen, indem man Internet und Hardware trennt. Roboter haben Sicherheitsscanner mit Abstandssensor, damit sie nicht an die Wand fahren. Das bedeutet, dass selbst durch einen Hackerangriff der Roboter keine gefährlichen Bewegungen ausführen kann. Und die Prozessdaten sind im Netzwerk so sicher, wie das Firmennetz an sich.

Ziel für Industrie 4.0 sind selbstorganisierende, heterogene, multimodale Systeme. Diese benötigen einen Datenaustausch zwischen FTF und AMR und auch die KI braucht Daten. Welche Anforderungen werden hier an Faulhaber Komponenten gestellt, denn die müssen ja auch Daten sammeln und weiterleiten?
Das passiert über 5G oder über das firmeninterne WLAN. Die Systeme brauchen die Daten nicht in Echtzeit, weil die Daten aus der Planung vorhanden sind z.B. die Wege und die Geschwindigkeiten sind im System in der Wegplanung vorhanden und ändern sich nicht dauernd. Fährt der Robot von einem zum nächsten Punkt, reicht ein Lebenszeichen alle paar Sekunden. So gibt’s weniger Datenverkehr um die Netze nicht zu überlasten. Die Daten selbst werden auf dem AMR zusammenführt und dort auswertet. Encoder erfassen was passiert und sorgen mit den Controllern für eine sichere Steuerung.

Wie sicher sind FTS und AMR?
Sehr sicher. Wenn von vier Motoren einer ausfällt, dann erkennt dies der Motorcontroller und stoppt. Tritt ein Mensch in den Fahrbereich, wird dieser vom Laserscanner erkannt und das System bremst. Diese zwei Sicherheitsstufen reichen.

Wo ist zur Entwicklung zukünftiger FTF und AMR noch Forschung nötig und wie ändert sich unter diesen Anforderungen Ihre Testplattform? Parallel steigen auch die Anforderungen an Antriebe. Wie steht‘s um den Antrieb der Zukunft?
Roboter muss man noch besser untereinander vernetzen. Zum Beispiel vier Roboter arbeiten gemeinsam an einer Transportaufgabe, gemäß dem Motto: viele kleinere Roboter statt eines großen. Dazu braucht man mehr kleinere Motoren, die absolut präzise arbeiten müssen, sonst gerät der Roboterschwarm ins Stolpern bzw. aus dem Takt. Um die Ausfallsicherheit zu verbessern, müssen Encoder absolut störsicher sein, damit Roboter durch externe Störungen nicht beeinflusst werden. Bei Faulhaber setzt man deshalb zum Teil zwei Encoder pro Motor ein.
Nimmt man die verschiedenen Getriebevarianten von Faulhaber mit ihren unterschiedlichen Längen und Durchmessern, zusammen mit Getrieben, Encodern, Controllern etc. so kann man damit rein rechnerisch 25 Millionen Kombinationen erzeugen, einen beachtlichen Anteil davon hat man bei Faulhaber schon realisiert. Da findet jedes Unternehmen, auch für zukünftige Anwendungen, die optimalen Antriebe.