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Robotik
digitale Steuerung
digitale Planung und Konstruktion
digitale Kommunikation
digitale Fertigung

Unter Robotik versteht man den Entwurf, die Gestaltung, die Steuerung, die Produktion und den Betrieb von Robotern. Roboter sind Maschinen, die gesteuert werden können und die mit ihrer Umwelt interagieren. Sie besitzen mechatronische Komponenten, Sensoren und rechnerbasierte Kontroll- und Steuerungsfunktionen. Roboter kommen in den verschiedensten Bereichen zum Einsatz und besitzen vielfältige Eigenschaften, die dem Menschen neue Möglichkeiten und Wege eröffnen.

Ansprechpartner

Lukas Walter

Handwerkskammer Unterfranken

Je nach Einsatzgebiet besitzen Roboter unterschiedliche Funktionen und Komponenten, sind aber grundsätzlich aus folgenden Teilsystemen aufgebaut:

  • Mechanik
  • Kinematik (Bewegungsraum, Geschwindigkeit und Beschleunigung)
  • Achsregelung und Antrieb (Motoren, Stromversorgung)
  • Effektoren (Werkzeuge am Roboterarm)
  • Sensoren
  • Steuerung
  • Programmierung

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Robotik, Roboter mit Menschen

Die Grundlage bei der Bedienung von Robotern bildet die Kommunikation. Der Anwender kommuniziert zunächst einen Arbeitsauftrag an den Roboter, wohingegen der Roboter den Anwender über den aktuellen Status seiner Aufgaben und deren Fertigstellung informiert. Roboter sind autonom: Sie können Aufgaben selbstständig ausführen und ihre Umgebung einerseits überwachen und sie andererseits auch aktiv beeinflussen. Hierzu zählt auch, dass Robotersysteme in der Lage sind, überwachte Ereignisse zu interpretieren, auf Veränderungen zu reagieren und alle notwendigen Entscheidungen selbst zu treffen. Für die optionale Mobilität und Sicherheit während des Betriebs sorgen Sensoren, Fahrgestelle und eine autonome Stromversorgung. Intelligente Robotersysteme können den menschlichen Arbeitsbereich erweitern, das Gefährdungspotential für den Menschen verringern und die Genauigkeit und Ausdauer von Arbeitsprozessen verbessern.

 

Roboter sind zu unverzichtbaren Helfern in der Lebens- und Arbeitswelt der Menschen geworden. In der industriellen Fertigung ist auf Robotersysteme nicht mehr zu verzichten und auch im Dienstleistungsbereich finden die intelligenten Maschinen immer häufiger Anwendung. So überwachen Service-Roboter beispielsweise Fabrikgelände, mähen den Rasen oder saugen die Wohnung. Roboter werden auch in Bereichen eingesetzt, in denen der Mensch gar nicht oder nicht alleine arbeiten kann. Sie unterstützen den Menschen bei Aufgaben, die zu gefährlich oder ungesund sind, wie z. B. beim Lackieren von Bauteilen. Sie übernehmen Aufgaben in Bereichen, bei denen vorher ein hohes Maß an menschlicher Geschicklichkeit, Ausdauer, Konzentrationsfähigkeit oder Zuverlässigkeit erforderlich war und setzen die Aufgaben mechanisch perfekt und fehlerfrei um. So kann eine Schweißnaht über Meter hinweg akkurat ausgeführt oder der Kleber beim Fügen von Bauteilen exakt aufgetragen werden. Die aktuelle Entwicklung forciert die Steigerung der künstlichen Intelligenz von Robotersystemen, wodurch Roboter zukünftig immer komplexere Aufgaben übernehmen und noch besser mit ihrer Umwelt interagieren können.

Im Handwerk können Roboter (zumindest teilweise) den Mangel an Fachkräften ausgleichen und bei körperlich anstrengenden, ungesunden oder monotonen Tätigkeiten zum Einsatz kommen (z. B. Bodenlegen, Lackieren, Schweißen, Bohren etc.). Wo der Handwerker früher selbst Hand angelegt hat, übernimmt heute Kollege Roboter. Das heißt aber nicht, dass der Handwerker überflüssig wird. Vielmehr ändert sich seine Tätigkeit dahingehend, dass er den Roboter anweist, steuert und dessen Arbeit kontrolliert und ggf. nacharbeitet. Beim Einlegen von Bauteilen in Werkzeugmaschinen, einfachen Montagearbeiten, beim Führen von scharfen oder heißen Gegenständen oder bei anderen sich wiederholenden, körperlich anstrengenden und riskanten Arbeiten, kann das Handwerk z. B. auf sog. Cobots (kollaborative Roboter) zurückgreifen. Cobots besitzen eine kompakte Bauweise und basieren auf einem Baukastensystem, wodurch sie sich an individuelle Aufgaben anpassen lassen können. Auf Plattformen mit Rädern oder Kettenantrieb montierte Cobots lassen sich mobil einsetzen. Für die Steuerung sind keine aufwändigen Programmierkenntnisse erforderlich und die integrierten Sensoren sorgen für die notwendige Arbeitssicherheit. Desweiteren sind sie kostengünstiger als Industrieroboter und derzeit schon ab 25.000 € zu erwerben.

Produktion und Fertigung
Im Metallbau lassen sich Roboter bei Schweiß-Aufgaben anwenden. Neuartige, objektbasierte Steuerungen und einfache „Einlernverfahren“ (engl.: Teach-In) − der Roboter wird am Werkstück entlanggeführt und „merkt“ sich den „Weg“ − machen den Einsatz des Roboters unkompliziert und sicher. Die Steuerung wichtiger Koordinaten übernimmt das Programm aus der Konstruktionszeichnung (CAD). Weitere Anwendungen in der Produktion sind Kleben, Pulverbeschichten und Lackieren. Auch bei der Estrichverlegung kann man für große Flächen bereits auf Roboter zurückgreifen. Für Steinmetze sind Roboter, die tonnenschwere Stein-Rohlinge in jeder Position halten und drehen können, eine echte Erleichterung.

Assistenz
Im Bauwesen können Roboter wiederkehrende Arbeiten, wie z. B. die Zuführung von Trockenbauplatten, übernehmen. Gerade beim Verkleiden von Deckenkonstruktionen sind in der Regel zwei Personen notwendig. Hier kann der Roboter assistieren, in dem er die Rigipsplatten per Saugvorrichtung vom Stapel nimmt und über Sensoren gesteuert in der Nähe des Handwerkers bereithält.

Transport/Logistik
Im KFZ-Gewerk werden heute bereits in großen Werkstätten Roboter für den Transport von Radsätzen sowie teilweise auch für deren Montage eingesetzt. Vor allem bei Nutzfahrzeugen wiegen Räder oder Motorteile oft mehr als 25 kg. Zur Entlastung der Mitarbeiter bildet gerade hier die Anwendung eines Roboterarms für den Transport und die Montage der schweren Teile eine große Hilfe.

Mit der zunehmenden Intelligenz von Robotersystemen erschließen sich auch neue Einsatzgebiete. So entfällt die aufwändige Programmierung von Robotern weitgehend und wird durch die intuitive Steuerung mittels Programmierschnittstellen und Bediensystemen abgelöst. Roboter erkennen Gesten, reagieren auf Sprachbefehle oder können vorher geschulte Objekte eigenständig erkennen und unterscheiden. Bei der Verwendung eines Myo-Armbands spiegeln z. B. die Sensoren des Armbands die Bewegung des Arms des Bedieners auf den Roboter.

Viele der Entwicklungen kommen aus der Computerspielbranche und wurden für die Industrie und das Handwerk lediglich angepasst oder professionalisiert. Eine besondere Möglichkeit für den Einsatz von Robotertechnologie sind Exoskelette. Das Exoskelett wird wie eine Art leichte „Rüstung“ an den Körper angelegt und unterstützt die Muskulatur des Menschen durch Servomotoren und Hebel. So kann der Handwerker schwere Arbeiten wie Bohren über Kopf, Heben von Material und Werkzeug etc. durchführen, während das Exoskelett Rücken, Wirbelsäule, sowie die allgemeine Haltemuskulatur entlastet.

Download:

Literaturverzeichnis:
[Haun, 13] Haun, M: Handbuch Robotik, Programmieren und Einsatz intelligenter Roboter. 2. Auflage. Springer Vieweg Verlag. Berlin Heidelberg. 2013

[Christaller et al., 2001] Christaller, T. et al.: Robotik, Perspektiven für menschliches Handeln in der zukünftigen Gesellschaft. Erschienen in Wissenschaftsethik und Technikfolgenbeurteilung Band 14. Springer Verlag. Berlin Heidelberg. 2001

[DHZ, Guthardt, 2018] Guthardt, S.: Hand in Hand mit dem Roboter. Cobots für das Handwerk. Deutsche Handwerkszeitung. 13.09.2018. Link: https://www.deutsche-handwerks-zeitung.de/hand-in-hand-mit-dem-roboter/150/3101/371172 abgerufen am 04.01.2018

Bildquellen:
Abbildung 1: Kaufbar von Fotolia/Adobe Stock unter: https://stock.adobe.com/de/images/schweisser-bedient-roboter/26695853?prev_url=detail