Neue Software erleichtert den Einsatz von Robotern

Neue Softwaretools machen die Roboterprogrammierung zu einer weniger entmutigenden Aufgabe. Foto mit freundlicher Genehmigung von Ready Robotics Corp.

Die wachsende Beliebtheit der kollaborativen Maschinen von UR hat dazu beigetragen, neue Softwareentwicklungen voranzutreiben. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots USA Inc.

Neue Programmiersoftware ist so konzipiert, dass sie unabhängig von der Robotik-Hardware ist. Foto mit freundlicher Genehmigung von Realtime Robotics Corp.

Heutzutage suchen Ingenieure nach Werkzeugen, die die Roboterprogrammierung einfacher und schneller machen. Abbildung mit freundlicher Genehmigung von TM Robotics (Americas) Inc.

Die Fertigung wurde jahrzehntelang durch Software-Silos zwischen Roboterherstellern behindert. Foto mit freundlicher Genehmigung von Ready Robotics Corp.

Neue Software vereinfacht die Programmierung und beschleunigt die Bereitstellungszeit. Abbildung mit freundlicher Genehmigung von Realtime Robotics Corp.

Künftig werden künstliche Intelligenz und Datenanalysetechnologie eine wichtige Rolle in der Roboterprogrammierungssoftware spielen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Universal Robots USA Inc.

Diese kontinuierliche Verbesserungsplattform ermöglicht es Herstellern, ihre Roboter einfach zu verwalten und die Leistung zu maximieren. Illustration mit freundlicher Genehmigung von Flexxbotics

Traditionell haben viele kleine und mittlere Hersteller Roboter gemieden, weil sie einschüchternd wirkten. Den Unternehmen fehlten die nötigen Programmierkenntnisse und technische Expertise. Und sie waren einfach nicht bereit, in Personal zu investieren, das sich größere Hersteller leisten konnten.

Allerdings hat sich diese Einstellung in den letzten Jahren dramatisch verändert, was teilweise auf die Verbreitung von Open-Source-Betriebssystemen zurückzuführen ist. Für viele Unternehmen ist das eine gute Nachricht, denn Programmieren kann zeitaufwändig und sehr teuer sein.

Roboterprogrammierung kann eine entmutigende Aufgabe sein. Abhängig von der Komplexität eines Projekts, z. B. der Anzahl der zu programmierenden Roboter, der Anzahl der Aufgaben und davon, ob Benutzer bei Null anfangen oder Änderungen vornehmen, kann der gesamte Prozess Wochen bis Monate an Engineering-Zeit in Anspruch nehmen.

Tatsächlich sind nach Ansicht einiger Experten 75 Prozent der durchschnittlichen Kosten einer Roboterzelle über ihren Lebenszyklus hinweg auf die Programmierung zurückzuführen. Ein Mangel an Programmierern, die in der Lage sind, Zellen über mehrere Robotermarken und Sprachen hinweg schnell anzupassen, schränkt auch den Einsatz und das Wachstum der Automatisierung in einer Vielzahl von Branchen ein.

„Programmiersoftware von Drittanbietern ist so konzipiert, dass sie unabhängig von Robotik-Hardware ist, was bedeutet, dass sie auf den meisten, wenn nicht allen Industrierobotern großer Marken verwendet werden kann“, sagt Lian Jye Su, Forschungsdirektor für Robotik beim Technologie-Intelligence-Unternehmen ABI Research Inc. „Traditionelle Robotersoftware ist tendenziell auf einem sehr niedrigen Niveau und erfordert hohe technische Fähigkeiten.

„Software von Drittanbietern ermöglicht es Endbenutzern, das Verhalten und die Bewegung eines Industrieroboters auf einer sehr benutzerfreundlichen Oberfläche zu programmieren und zu simulieren“, erklärt Su.

„Jeder Roboterhersteller macht die Dinge auf seine eigene Art“, fügt George Konidaris, Ph.D., außerordentlicher Professor für Informatik an der Brown University und Direktor des Intelligent Robot Lab, hinzu. „Wenn Sie einen Roboter eines bestimmten Herstellers steuern möchten, müssen Sie die Programmiersprache erlernen, die er unterstützt.

„Diese Sprachen sind komplex, umständlich, auf niedrigem Niveau und in keiner Weise für beide Seiten verständlich, sodass sich viele Integratoren letztendlich auf eine Robotermarke spezialisieren“, behauptet Konidaris. „Das ist schlecht, denn die Sprachen sind nicht nur schwer zu verwenden, sondern wenn sie erst einmal spezialisiert sind, bleiben [Unternehmen dabei hängen].

„Mit offener Software von Drittanbietern kann ein Systemintegrator ein einzelnes Softwarepaket – das normalerweise auf einer viel höheren Abstraktionsebene arbeitet – erlernen, das in der Lage ist, Roboter aller Hersteller zu steuern“, erklärt Konidaris, der auch als Chefrobotiker bei Realtime fungiert Robotics Inc., ein Start-up-Unternehmen, das Bewegungsplanungssoftware entwickelt hat, die mit einer Vielzahl von Robotermarken verwendet werden kann. „Jetzt können sie den richtigen Roboter für die jeweilige Aufgabe auswählen.

„Eine nützliche Analogie ist das Nachdenken über Marken von Desktop-Computerdruckern“, sagt Konidaris. „Stellen Sie sich vor, Sie müssten zum Drucken eines Dokuments eine spezielle Low-Level-Programmiersprache verwenden, und jeder Hersteller hätte eine andere. Wenn Sie auf einem HP-Drucker drucken wollten, mussten Sie eine Sprache verwenden, und wenn Sie einen Canon- oder Lexmark-Drucker verwenden wollten, mussten Sie eine neue Sprache lernen.

„Das wäre schrecklich“, betont Konidaris. „Und es würde die Installation von Desktop-Druckern teuer und für viele Menschen unpraktisch machen. Stattdessen installieren die Leute einen Druckertreiber und Ihr Computer bietet Ihnen eine intuitive und einheitliche Schnittstelle zu allen Druckern. Das ist der „Gewinn“, den Software von Drittanbietern für Industrieroboter liefert.“

Obwohl es Roboter schon seit mehr als 50 Jahren gibt, ist herstellerunabhängige Software erst seit kurzem verfügbar.

„Das ist vor allem auf ein verändertes Verbraucherverhalten zurückzuführen“, sagt Su. „Verbraucher verlangen mehr Produkte und mehr Individualisierung. Eine höhere Anzahl an Produktvarianten führt im Allgemeinen zu einem Herstellungsprozess mit hohem Mix und geringem Volumen. Dies führt dazu, dass Hersteller mit einem breiteren Spektrum an Roboteroptionen verschiedener Marken zurechtkommen müssen.

„Da die Konfiguration von Robotiklösungen anderer Marken extrem teuer und zeitaufwändig sein kann, bevorzugen Hersteller die Verwendung von [alternativer] Software, um dieses Problem anzugehen, was den Aufstieg von Software von Drittanbietern ermöglicht“, erklärt Su.

„In der Vergangenheit wurden viele Unternehmen durch die Komplexität der traditionellen Programmierung behindert“, fügt Benjamin Gibbs, CEO von Ready Robotics Corp., hinzu, das ein offenes, markenübergreifendes Betriebssystem für die industrielle Automatisierung namens Forge/OS entwickelt hat. Mit Unterstützung für ABB-, Epson-, Fanuc-, Kawasaki-, Stäubli-, Universal Robots (UR)- und Yaskawa-Roboter bietet es eine einzige Programmierschnittstelle für Hunderte von Maschinen und Peripheriegeräten.

„Heutzutage machen offene Systeme den Einsatz von Robotern in Produktionsumgebungen mit hohem Mix kosteneffizienter“, behauptet Gibbs. „Mehrere Entwicklungen haben dazu beigetragen, diese Idee voranzutreiben. Einer davon ist das Aufkommen der Industrie 4.0-Technologie, die Roboterhersteller dazu gezwungen hat, ihre Plattformen zu öffnen.

„Ein weiteres war das Debüt des Roboterbetriebssystems (ROS), eines Open-Source-Systems, das vor 15 Jahren entwickelt wurde“, bemerkt Gibbs. „Allerdings funktioniert ROS normalerweise besser mit fahrerlosen Transportfahrzeugen und autonomen mobilen Robotern als mit Roboterarmen.

„Darüber hinaus hat die wachsende Beliebtheit der kollaborativen Maschinen von UR dazu beigetragen, neue Entwicklungen voranzutreiben“, behauptet Gibbs. „Es hat zu einer großen Zunahme benutzerfreundlicherer Programmiertechniken geführt.“

„Unternehmen wie UR haben ihre Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) geöffnet, um Drittunternehmen die direkte Entwicklung ihrer Software zu ermöglichen“, fügt Tyler Bouchard, CEO von Flexxbotics, hinzu, das eine cloudbasierte Softwareplattform für das Fertigungsmanagement vermarktet, die von Unternehmen genutzt wird wie Abiomed, Boeing, Northrop Grumman, Sub-Zero und Toyota.

„Sie haben ein Roboterunternehmen gegründet, das auf einer Plattform sitzt“, sagt Bouchard. „Die Plattform hat die Innovation in der Robotik beschleunigt und Herstellern Zugang zu anwendungsbasierteren Lösungen verschafft.“

Laut Konidaris von Realtime Robotics haben zwei weitere Faktoren zum Aufstieg von Software von Drittanbietern beigetragen. „Einer davon ist der zunehmende Druck zur Automatisierung, der sowohl auf die Erkenntnis zurückzuführen ist, dass die Branche ihr Potenzial bei weitem nicht ausschöpft, als auch auf den Preisdruck“, betont er.

„Der zweite Grund ist, dass neue Technologien, an denen Robotikforscher seit Jahrzehnten arbeiten, endlich einen Reifegrad erreichen, der sie in der Praxis sinnvoll anwenden kann“, sagt Konidaris. „Software von Drittanbietern wird bahnbrechend sein.“

Die Software verfügt im Allgemeinen über die folgenden Funktionen, die die Verwendung erleichtern:

„[Ingenieure] suchen heute nach Werkzeugen, die das Programmieren einfacher machen“, sagt Ryan Guthrie, Executive Vice President von TM Robotics (Americas) Inc., dem amerikanischen und europäischen Distributor von Shibaura (ehemals Toshiba) Maschinenrobotern. „Es besteht immer weniger Interesse daran, Code skripten zu müssen. Kunden wünschen sich vorgefertigte, verpackte Plug-in-Drag-and-Drop-Tools.

„Sie wollen überhaupt nicht über Code nachdenken“, bemerkt Guthrie. „Sie möchten in der Lage sein, Roboterprogramme zu ändern, ohne sich den Code ansehen oder verstehen zu müssen.

„Die meisten Apps von Drittanbietern, die uns begegnet sind, wurden entwickelt, um spezifische Anforderungen zu erfüllen“, fügt Guthrie hinzu. „Wenn ein Roboter die Fabrik verlässt, wissen wir nicht, ob er Schokolade verpackt, eine Autokarosserie schweißt, Batteriezellen für ein Elektrofahrzeug zusammenklebt, elektrische Komponenten zusammenbaut oder in einem Labor eingesetzt wird, das ein Heilmittel dafür entwickelt eine Krankheit."

Roboterhersteller müssen generische Software entwickeln, die für alle diese Fälle funktioniert, und können daher unmöglich wissen, welche Arten von Details oder Funktionen für bestimmte Anwendungen benötigt werden.

Allerdings können Apps von Drittanbietern verwendet werden, um die Flexibilität des Roboters zu nutzen und ihn wirklich auf die Nischenproduktionsaufgabe abzustimmen, die ein bestimmter Endbenutzer möglicherweise im Sinn hat.

Laut Guthrie ist der Vorstoß, das Programmieren einfacher zu machen, kein neues Konzept. „Die Idee von vorgefertigten Bibliotheken und Drag-and-Drop-Code gab es schon immer“, betont er. „Was sich ändert, ist die Rechenleistung und das allgemeine Allgemeinwissen der Integratoren.

„Dinge, die im Verbraucherbereich passieren, der sich in einem viel schnelleren Entwicklungstempo bewegt, treiben Veränderungen in der Industrie voran“, erklärt Guthrie, der seit 15 Jahren Roboter programmiert. „Software wird viel intuitiver, mit symbolgesteuerten Menüs und vereinfachten Schnittstellen. Der größte Teil der schweren Arbeit wird jetzt mit Skripten erledigt, die im Hintergrund ausgeführt werden, ohne dass der Benutzer überhaupt weiß, was passiert.“

Künftig werden künstliche Intelligenz und Datenanalysetechnologien eine wichtige Rolle bei der Programmierung von Software spielen.

„KI verändert wirklich die Art und Weise, wie man ans Programmieren herangeht“, behauptet Guthrie. „Da immer mehr Daten in die Logarithmen der KI eingespeist werden, werden intelligentere [Programme] entwickelt.

„So wie Bildverarbeitungssysteme im letzten Jahrzehnt die Art und Weise, wie Roboter ‚sehen‘, wirklich verändert haben, wird KI auch die Art und Weise, wie Roboter ‚denken‘, verändern“, prognostiziert Guthrie. „[Allerdings] sind wir noch weit von Maschinen entfernt, die selbstständig denken, reagieren und wachsen können.“

„Die Zukunft der Programmierung besteht weniger darin, jedes kleinste Detail von Hand zu bearbeiten, weil der Roboter so dumm ist, sondern eher darin, den industriellen Prozess zu beschreiben und ihn vom Roboter herausfinden zu lassen“, fügt Konidaris von Realtime Robotics hinzu.

„Wir werden einen großen Sprung bei der kosteneffizienten und zuverlässigen Automatisierung erleben, wenn wir den Abstraktionsgrad erhöhen, auf dem wir über die Roboterprogrammierung nachdenken müssen“, sagt Konidaris. „Was wir gerade tun, ist so, als würden wir versuchen, Schritt für Schritt zu entscheiden, wohin wir zum Mittagessen gehen, anstatt ein Zielrestaurant auszuwählen. Eines Tages, sehr bald, wird all dieses einfache räumliche Denken die Aufgabe des Roboters sein.“

Fertigungsingenieure können aus einer Vielzahl innovativer Softwareprodukte wählen, die den Einsatz von Robotern für Montageanwendungen einfacher denn je machen.

Beispielsweise hat Ready Robotics kürzlich Version 5.3 von Forge/OS veröffentlicht. Es vereint die gesamte Hardware einer Roboterarbeitszelle unter einer einzigen benutzerfreundlichen Programmierplattform. Dabei macht das Betriebssystem die Automatisierung für jeden Hersteller und jeden Bediener zugänglich, ohne dass Vorkenntnisse erforderlich sind.

Forge/OS bietet eine hardwareunabhängige Softwareschicht, die Roboter und zugehörige Automatisierungshardware führender Marken über einen gemeinsamen Satz von APIs steuert. Mithilfe dieser APIs hat Ready Robotics eine Reihe von Low-Code-Apps entwickelt, die es auch Nicht-Ingenieuren erleichtern sollen, Roboterzellen zu programmieren und zu verwalten.

„Die Fertigung wurde jahrzehntelang durch Software-Silos zwischen Roboteranbietern behindert“, behauptet Gibbs. „Wir haben diese Barrieren mit einer Standardschnittstelle abgebaut, die die Bereitstellung für Unternehmen vereinfacht und die Marktchancen für die Automatisierungsbranche erheblich erhöht.

„Für Fabrikarbeiter ist diese Schnittstelle ein No-Code-Tablet, das es ihnen ermöglicht, sich innerhalb weniger Wochen zum Roboterprogrammierer weiterzubilden“, erklärt Gibbs. „Für Softwareentwickler ist es eine Standard-API, die Datenströme von über 3 Millionen kompatiblen Robotern freischaltet, die heute im Einsatz sind.“

Flexxbotics hat gerade FlexxConnect UR auf den Markt gebracht, eine Plattform für kontinuierliche Verbesserung, die es diskreten Herstellern ermöglicht, ihre kollaborativen Roboter einfach zu verwalten und die Leistung zu maximieren.

Es bietet sofortigen Zugriff auf kontextualisierte Daten und Informationen und ermöglicht es Ingenieuren, die Leistung von Cobots vollständig zu optimieren und kontinuierlich zu verbessern. Die Plattform bietet außerdem einfache Schritt-für-Schritt-Anleitungen, die eine schnelle Eigentumsübertragung von Cobot-Arbeitszellen an Bediener ermöglichen und so die vorhandenen Arbeitskräfte weiterbilden.

„FlexxConnect ermöglicht die sofortige digitale Übertragung von Auftragsinformationen und Roboterdaten zwischen der Arbeitszelle und den Backoffice-Geschäftssystemen“, sagt Bouchard. „Die Plattform revolutioniert die Art und Weise, wie Aufträge erstellt, versendet und ausgeführt werden. [Es spart] Herstellern Zeit, reduziert Umstellungsaufgaben und ermöglicht es der gesamten Belegschaft, mit weniger mehr zu erreichen.

„Die digitale Transformation kann eine gewaltige Aufgabe sein“, betont Bouchard. „Wir unterteilen es in pragmatische, nachvollziehbare Schritte, damit Hersteller verschiedene Ansätze ausprobieren können, um ihre Geschäftsergebnisse zu maximieren.

„Der Lebenszyklus eines Roboters kann in drei verschiedene Bereiche unterteilt werden: Entwurf, Bereitstellung und Betrieb“, erklärt Bouchard. „FlexxConnect konzentriert sich stark auf den Betriebsteil, den längsten Aspekt im Lebenszyklus eines Roboters.“

Anfang des Jahres stellte Realtime Robotics die Software RapidPlan vor, die die Programmierung vereinfacht und die Bereitstellungszeit beschleunigt. Es choreografiert alle Roboterbewegungen und macht eine markenspezifische Roboterprogrammierung überflüssig.

Zellmodellierung, Aufgabenplanung, Programmierung und Betrieb werden alle im selben Workflow-Tool abgewickelt. Die Bewegungen in der Simulation und in der Realität stimmen überein, was die Entwurfs- und Bereitstellungsprozesse erheblich beschleunigt.

„Die Optimierung der Effizienz Ihres Fabrikbetriebs sollte nicht durch technische Hindernisse behindert werden“, sagt Konidaris. „Wir haben RapidPlan speziell entwickelt, um eine genaue Simulation der Roboteraufgabenplanung zu liefern, die es einfach macht, Modelle zu programmieren und sie direkt in der Fabrikhalle zu verwenden, und zwar auf eine Art und Weise, die den Prozess rationalisierte und die Technologie benutzerfreundlich machte.“ alle.

„Unsere Software fungiert als grundlegende physische Intelligenz, die Roboter haben sollten, aber nicht haben“, erklärt Konidaris. „Es ermöglicht Robotern, autonom ihre eigene Bewegung zu erzeugen, anstatt jede einzelne Bewegung manuell auf der Ebene der einzelnen Gelenke festlegen zu müssen. Der Programmierer teilt dem Roboter einfach mit, wo sein Geschäftsende sein muss, und unsere Software erledigt den Rest. Jeder Roboter erzeugt seine eigene hochleistungsfähige Bewegung, die niemals mit der Umgebung oder einem anderen Roboter kollidiert.

„Dadurch wird ein enormer Wert freigesetzt, denn plötzlich ist der Aufbau einer Arbeitszelle mit 12 Robotern nur noch eine Frage der Festlegung von Zielen für 12 Roboter“, behauptet Konidaris. „Die vorhandene Technologie gleicht eher der Choreographie eines Balletts mit zwölf Tänzern in einem kleinen, dunklen Raum. Unser [System] macht die Entwicklung schneller und einfacher.“