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Neue Hände, neuer Job

Der Workerbot – das Chamäleon unter den kollaborativen Robotern
Neue Hände, neuer Job

Automatisierung | Mit dem Workerbot ist das Unternehmen pi4 robotics auf Platz zwei beim Robotics Award gelandet. Der grüne Zweiarmer mit dem harmoniebedürftigen Grinsen hat vor allem mit seiner Flexibilität gepunktet. ❧ Uwe Böttger

Zuhause hat Matthias Krinke einen ganzen Schrank voll mit Science-Fiction-Literatur. Vor allem die Bücher von Mark Brandis hat er in seinen jungen Jahren verschlungen. Der Kernsatz in den Bänden ist immer der gleiche: Woran du glaubst, dafür sollst du leben und sterben. Ganz so extrem sieht das Berufsleben des Geschäftsführers der pi4 robotics GmbH heute nicht aus, aber Krinke legt sich ordentlich ins Zeug. Sonst wäre aus seiner kleinen Wohnzimmer-Firma, die er 1994 mit 2000 Mark Startkapital im Berliner Ortsteil Prenzlauer Berg gegründet hat, kein Unternehmen mit 50 Mitarbeitern geworden. Über den Umsatz spricht er nicht. Nur so viel: Er ist in diesem Jahr wie geplant um 20 Prozent gewachsen.

Ein zentrales Produkt von pi4 ist der Workerbot, ein grüner Roboter mit zwei Armen, dessen vierte Generation jetzt auf der Automatica vorgestellt wurde. Es gibt inzwischen viele Roboter, die mit zwei Armen ausgestattet sind, aber die Variante von Matthias Krinke hat zusätzlich eine Torsoachse und kann sich mit dem Oberkörper in beide Richtungen um 180 Grad drehen. So kann das Modell seine Umgebung rundherum bedienen. In der Regel fängt der Anwender mit einem Arbeitsplatz an und hat sozusagen noch einen zweiten in Reserve.
Der Griff in die Kiste ist der Schlüssel zu den ganz großen Stückzahlen
Eine weitere Besonderheit des Workerbot sind seine visuellen Fähigkeiten, die Krinke so bei den Mitbewerbern nicht finden kann. „Das aktuelle Modell hat Stereokameras in beiden Händen eingebaut, mit denen es seine Umgebung dreidimensional wahrnehmen kann“, so Krinke. Über diese integrierte Bildverarbeitung kann der Roboter Produkte wahrnehmen und wird auf diese Weise angelernt. Später in der Applikation erkennt er das Produkt wieder, kann es lokalisieren und sicher greifen. Das Anlernen übernimmt ein geschulter Mitarbeiter, ein Programmierer mit Spezialkenntnissen wird nicht gebraucht. „Das Ganze geht wirklich schnell“, unterstreicht Krinke. So hatten die Berliner zum Beispiel auf der Hannover Messe ein Modell im Einsatz, das Standbesuchern die Visitenkarte abnahm und sie im Gegenzug bediente. Dafür öffnete der Workerbot Schränke, griff hinein, holte Dinge heraus und so weiter. „Unterm Strich waren das recht komplexe Abläufe“, weiß Krinke. Trotzdem war die komplette Anwendung nach zehn Stunden lauffähig – inklusive neuer Greifer, die der Roboter vorher noch nicht kannte.
Die Bildverarbeitung spielt bei pi4 eine wichtige Rolle. „Roboter mit Kameras sind ein alter Hut“, weiß der Geschäftsführer. „Aber nur bei zwei oder drei Herstellern ist die Robotersteuerung und die Bildverarbeitung aus einem Guss.“ Bei allen anderen müssen die beiden Systeme getrennt eingerichtet und aufeinander abgestimmt werden. „Für den Anwender ist das zu kompliziert, da muss der Fachmann ran“, weiß Krinke.
Nicht so beim Workerbot, bei dem die Integration von Robotik und Vision-Technik elegant und einfach umgesetzt ist. „Wir bauen nicht nur Roboter, wir entwickeln auch Vision-Systeme inklusive der zugehörigen Software“, betont Krinke. „Für uns war von Anfang an klar, dass unsere Software-Pakete eng verwoben zusammenarbeiten müssen.“ Das ist nach Ansicht von Krinke auch die Vorrausetzung für den berühmten Griff in die Kiste, bei dem Produkte zum Beispiel aus einer Gitterbox automatisch entnommen und dann weiter verarbeitet werden. Für Krinke ist diese Technik zentral wichtig, denn sie sei der Schlüssel zu den ganz großen Stückzahlen. Außerdem soll der Workerbot an Arbeitsplätzen eingesetzt werden, die ursprünglich mal für den Menschen konzipiert waren. Und der Mensch greift ständig in die Kiste. „Der Werker vereinzelt Schrauben, wenn er in eine Schraubenschachtel greift“, so Krinke. „Er greift einfach kleine und große Teile ohne groß nachzudenken, weil er es kann.“
Roboter können das nach Ansicht von Krinke oft nur mit Hilfsmitteln, die viel Geld kosten. Aber ein Roboter rechnet sich erst dann, wenn sich die ganze Applikation rechnet. Wenn der Roboter zum Beispiel sicher greifen und Produkte vereinzeln kann, dann ist das für Krinke die Preisschraube schlechthin und ein wesentlicher Schritt in Richtung Wirtschaftlichkeit. „Hier arbeiten wir an vorderster Front, aber es muss noch viel getan werden“, versichert der Manager. Deswegen stellt seine Firma auch jedes Jahr einen neuen Roboter vor.
Im Werk in Berlin werden alle Elektronik-Bausteine des Workerbot vorkonfiguriert. Bei der Auslieferung weiß der Roboter bereits, welche Arme und Hände er hat und welche Peripherie-Bausteine angeschlossen sind. Bei der Peripherie geht es fast immer um die Materialzufuhr. Der Werker geht mal eben die zehn Meter zum Lager und holt sich eine neue Palette. Dafür müssen die Entwickler bei pi4 die passenden Konzepte ausknobeln, denn der Roboter muss eine bestimmte Zeit lang autark arbeiten können. Die Anforderungen der Kunden liegen hier bei vier oder acht Stunden, so die Erfahrungen von Krinke. Dafür können die Berliner inzwischen die passende Lösung liefern.
In seinen Grundzügen ist der Roboter also präpariert, wenn er an seinem Einsatzort ankommt. Der Anwender kann sich deshalb vom ersten Moment an um seine spezifischen Belange kümmern und den Workerbot einrichten. „Und das muss schnell gehen“, umschreibt Krinke die Anforderungen aus der Praxis. Vor 18 Monaten hat ihm einer seiner besten Kunden den Kauf mehrerer Roboter zugesagt unter der Voraussetzung, dass der Workerbot in fünfzehn Minuten von Spritzgussmaschine A zu Spritzgussmaschine B verlegt werden kann. Dabei ging es nicht allein um das Bewegen des Roboters durch die Produktion. Dem Workerbot musste in dieser kurzen Zeit beigebracht werden: Du hast jetzt neue Hände und einen neuen Job. Krinke: „Wir haben die Herausforderung angenommen und die Modelle ein halbes Jahr später geliefert.“ Inzwischen hat der Kunde die zweite Anlage mit der neuesten Workerbot-Version bestellt.
Zum Zeitpunkt der Einreichung für den Robotics Award konnte der Workerbot weder laufen, noch konnte er gerollt werden. Laufen wird er auch auf absehbare Zeit nicht können, doch auf der Fachmesse Automatica, die letzte Woche in München stattfand, wurde eine Version vorgestellt, die in der Produktion von einem Einsatzort zum nächsten gerollt werden kann. Mit dieser Neuerung ist der Workerbot nach Ansicht von Krinke absolut springertauglich. Wichtig ist aber auch, dass sich das Modell schnell an seinem neuen Arbeitsplatz orientieren kann. Hier spielen die sehenden Hände des Modells eine wichtige Rolle. Dem Roboter entgeht es zum Beispiel nicht, wenn die Werkbank nicht mehr an der gleichen Stelle steht oder die Werkzeuge anders liegen. Krinke: „Die Maschine kann mit der neuen Situation umgehen und ist dadurch schneller wieder einsatzfähig.“
Werden die Antriebe zu heiß, stehen dem Roboter die Schweißperlen auf der Stirn
Wenn alles in Ordnung ist, dann erkennt man den Workerbot schon von weitem an seinem konfliktscheuen Grinsen. Das ist eine von fünfzehn Grimassen, die das Modell standardmäßig schneiden kann. Die Spezialisten aus Berlin nennen das ein „international verständliches Kommunikationsinterface“, mit dem sich wesentlich mehr Zustände visualisieren lassen als mit der vorgeschriebenen Ampel. „Die anderen Gesichter will der Kunde gar nicht so gerne sehen“, witzelt Krinke. „Zum Beispiel die Schweißperlen auf der Stirn, wenn mit den Antrieben etwas nicht in Ordnung ist und die Temperaturen nach oben gehen.“ Oder das angestrengte Gesicht, wenn der Roboter am Limit arbeitet. Und wenn das Modell in der Qualitätssicherung im Einsatz ist, dann zieht er bei einem schlechten Produkt die Mundwinkel nach unten.
Aber auch das breite Dauergrinsen hat seinen tieferen Sinn, denn dadurch soll die neue Technik von der Belegschaft besser angenommen und nicht sabotiert werden. Und das ist nicht weit hergeholt. „Vor sechs Jahren hatte ein Kunde tatsächlich Angst, dass der neue Roboter nachts einen Besen über den Kopf bekommt“, erzählt Krinke. Deswegen wurde vor einem Jahr noch etwas Besonderes eingeführt. Die Belegschaft der Firma, wo der Workerbot künftig arbeiten soll, muss sich einen Vornamen für den neuen Kollegen ausdenken. In der Regel wird dann vier Wochen lang in der Mittagspause eifrig darüber diskutiert, wie der Typ denn nun heißen soll. „Ist endlich ein Name gefunden, dann gehört der Roboter zur Familie und dem tut dann auch keiner mehr was.“
Der Workerbot ist schon seit Jahren in der Praxis erprobt. Ein Modell ist im Werk Neuruppin von PAS Deutschland im Einsatz und trägt ein Namensschild mit der Aufschrift: Ich bin ein Neuruppiner. Beim weltweit führenden Hersteller von Bedien- und Kabelsystemen für den Bereich „Weiße Ware“ prüft der Roboter Displays für Blenden von Waschmaschinen und Trocknern. Und das rund um die Uhr. Der Workerbot steht bei PAS in der Spritzerei an zwei Maschinen und führt eine optische Prüfung der Displays durch, also der Sichtfenster, die später in die Blende der Waschmaschine eingeschweißt werden. Es handelt sich dabei um ein transparentes Produkt. Fließnähte, Staubeinschlüsse oder kleine Verbrennungen sind tabu. Die Qualitätsanforderungen sind hoch.
Im praktischen Ablauf nimmt der Roboter das Teil, das zuvor von einem ionisierten Luftzug gereinigt wurde, vom Ablageband und hält es in eine Kamera-Blackbox, die oberhalb der Maschine installiert ist. Hier wird das Werkstück fotografiert und mit Mustern abgeglichen, die per Software hinterlegt wurden. Anschließend nimmt der Workerbot das Display wieder heraus und stellt es auf ein Verpackungs-Tray. Wenn das voll ist, kann es der Workerbot wie ein Mensch anpacken, anheben, aufstapeln und anschließend ein neues, leeres Tray an die richtige Position zurückstellen. „Die Prüfung dieser empfindlichen Teile ist für das menschliche Auge über mehrere Stunden hinweg sehr anstrengend“, versichert Martin Fuchs, Leiter des Werks Neuruppin. „Außerdem ist die menschliche Beurteilung immer subjektiv. Deswegen ist die Qualität der Produkte eigentlich nur optisch richtig messbar.“
Fuchs hat sich für den Workerbot entschieden, weil der zwei komplett drehfähige Arme hat und damit die Dinge wie ein Mensch bewegen, prüfen und ablegen kann. Außerdem kann er damit an einer Maschine weiterarbeiten, während die zweite umgerüstet werden muss. Dem Werksleiter war aber auch die Flexibilität wichtig, denn in der Regel laufen die Produkte, an denen PAS mitarbeitet, drei bis fünf Jahre. Wie bei Autos gibt es auch bei Waschmaschinen und Trocknern ein Facelift. Dabei ändern sich Einzelkomponenten. Starre Sondermaschinen in der Produktion müssen dann nachgerüstet werden, beim Workerbot fällt diese Investition weg.
Die Zusammenarbeit mit pi4 ist für Martin Fuchs effektiv und lösungsorientiert. „Wir haben den Berlinern im Vorfeld die Thematik erklärt und anhand von Mustern geprüft, ob der Roboter für die Aufgabe geeignet ist“, erzählt der Manager. „Dabei waren unter anderem die Geschwindigkeitszyklen ein fester und zentraler Bestandteil unserer wirtschaftlichen Berechnungen.“ Der Roboter läuft heute rund um die Uhr an etwa 350 Tagen im Jahr. Nur wenn ein anderes Produkt aufgelegt wird, muss er kurz gestoppt und umprogrammiert werden. Dann startet er wieder durch. Die Wartung und Programmierung des Workerbot wird von zwei geschulten PAS-Mitarbeitern durchgeführt. Nur bei einem ganz neuen Produktanlauf brauchen die Neuruppiner im ersten Schritt die Unterstützung der Berliner Spezialisten.
Als der neue Kollege bei PAS installiert wurde waren die Mitarbeiter natürlich neugierig. Aber das Feedback war am Ende durchweg positiv. Das liegt nach Ansicht von Martin Fuchs auch daran, dass der Workerbot menschliche Züge hat: „Das Äußere spielt bei der Akzeptanz eine wichtige Rolle.“ Anfangs trug der Roboter noch eine Art Hemd, eine weiße Hülle. Die wurde später entfernt, weil sie durch die Bewegung zerknitterte. Das Modell hat außerdem ein Gesicht mit beweglicher Mimik und trägt ein Namensschild. „Das hat eine emotionale Brücke zu den Mitarbeitern aufgebaut“, glaubt Fuchs. „Außerdem sind unsere Leute froh, dass sie die anstrengende Prüfaufgabe nicht mehr machen müssen.“
Unterm Strich ist Martin Fuchs zufrieden. „Der Roboter ist mittlerweile konstant zwischen 95 und 100 Prozent verfügbar“, so der Werksleiter. „Im Gegensatz zum Menschen macht er keine Pause, er muss nur ab und an gewartet werden.“

Zeitarbeitsfirma für Roboter
Der Workerbot lässt sich in kurzer Zeit auf neue Aufgaben vorbereiten und einlernen. Das hat dazu geführt, dass Matthias Krinke Ende letzten Jahres ein weiteres Unternehmen gegründet hat, die Robozän GmbH. Dabei handelt es sich um die erste Zeitarbeitsfirma für humanoide Roboter. „Die Firma würde nicht funktionieren, wenn das Einrichten der Roboter länger als zwei Tage dauern würde“, versichert Krinke. „Denn der Kunde, sprich der Arbeitsgeber des Roboters, soll für die Einarbeitungszeit nicht bezahlen“. Die Mindestvertragsdauer beträgt sechs Monate bei zwei Schichten. Danach kann mit einer Frist von vier Wochen gekündigt werden.
So wie Zeitarbeitsfirmen für Menschen keine Menschen besitzen, besitzt auch Robozän keine Roboter. Die Roboter gehören Menschen, die Geld haben und zum Beispiel 100 000 Euro in einen Roboter investieren. Den geben sie dann der Zeitarbeitsfirma und müssen sich fortan um nichts mehr kümmern. Robozän sucht eine Arbeit für den stählernen Werker, lernt ihn maximal zwei Tage ein, kümmert sich um die Vollkasko-Versicherung und zahlt später jeden Monat einen Gehaltsscheck an den Besitzer aus. Das Modell funktioniert aber auch für Menschen ohne viel Geld. Die nehmen einen Kredit auf und lassen den Roboter im Dreischicht-Betrieb laufen. Mit der ersten Schicht wird der Kredit abgestottert und in den beiden anderen Schichten arbeitet der Roboter in die Tasche seines Besitzers.
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