Der Einsatz von Robotern, die in geschlossenen Bereichen arbeiten, hat die industrielle Produktion enorm verändert. Nun soll in digital vernetzten Fabriken eine neue Generation von maschinellen Assistenten einziehen, die Menschen unterstützen oder Hand in Hand mit ihnen tätig sind. Doch dazu müssen die Automaten zunächst teamfähig gemacht werden. Wie geht das? Die Antwort darauf geben die drei Forscher: Sie entwickelten einen sensiblen und intuitiv bedienbaren Roboter als Basis für viele neue Anwendungen der Automatisierungstechnik.

• Prof. Dr.-Ing. Sami Haddadin, Leibniz Universität Hannover (Sprecher des Teams)
• Dr. med. (Univ. Debrecen) Simon Haddadin, Franka Emika GmbH, München
• Dipl.-Inf. (FH) Sven Parusel, Franka Emika GmbH, München

 
Das kostengünstige System ist digital vernetzbar und ermöglicht eine sichere Kooperation von Menschen und Maschinen – in der Industrie und im privaten Umfeld. Sami Haddadin ist Direktor am Institut für Regelungstechnik der Leibniz Universität Hannover – und wurde kürzlich als Professor für Robotik und Systemintelligenz an die Technische Universität München berufen. Sven Parusel ist Chief Engineer bei der Franka Emika GmbH, die Simon Haddadin als Geschäftsführer leitet. Alle drei Nominierten haben zuvor jahrelang am Institut für Robotik und Mechatronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) geforscht.

Damit Roboter künftig für eine Vielzahl von Aufgaben einsetzbar sind und sich von jedermann leicht bedienen lassen, sind neue technische Konzepte erforderlich. Denn die bislang in der Fertigung eingesetzten Automaten sind teuer, schwierig zu programmieren und unflexibel, da sie stets nur strikt die vorgegebenen Aufgaben abarbeiten. Um Unfälle zu vermeiden, werden Roboter und Menschen durch eine Absperrung voneinander getrennt. Der von dem nominierten Team entwickelte Roboter hingegen ist dafür konzipiert, Menschen als echter maschineller Assistent zu dienen und ohne trennenden Schutzzaun mit ihnen zusammenzuarbeiten.

Dazu haben ihn die Forscher mit verschiedenen innovativen Merkmalen ausgestattet. So ist die Maschine modular aufgebaut und besteht aus ultraleichten Komponenten. Sie verfügt in allen Gelenken über empfindliche Sensoren und führt Bewegungen so aus, wie sie auch bei einem Menschen verlaufen würden. Das macht das Verhalten des Roboters leicht einschätzbar. Zudem erlaubt ihm eine besondere Art der Regelung eine menschenähnliche Nachgiebigkeit und Feinfühligkeit. Bereits auf einen leichten Kontakt reagiert der Roboter blitzschnell und zeigt menschenähnliche Reflexe. Das verhindert Verletzungen von Menschen durch eine Kollision mit der Maschine.

 
Die Bedienung des Systems ist kinderleicht und erfordert keinerlei Programmierkenntnisse: Tätigkeiten, die der Roboter ausführen soll, braucht man ihm lediglich vormachen. Daraus lernt die Maschine und kann das erworbene Wissen selbstständig auch für andere Herausforderungen nutzen – eine Fähigkeit, die herkömmliche Industrieroboter nicht haben. Um die Programmierung besonders einfach zu machen, haben die Nominierten zudem ein neuartiges Konzept für Programmierung und Bedienbarkeit entwickelt. Damit lassen sich Aufgaben und Bewegungsabläufe visuell in kleine Programm-Module zerlegen, sogenannte Roboter-Apps. Sie machen die Nutzung von Robotern so einfach wie den Umgang mit einem Smartphone – und eröffnen eine breite Palette an neuen Anwendungsperspektiven, von denen auch kleine und mittelständische Unternehmen profitieren können.

Die Technologie wurde vollständig in Deutschland erforscht und entwickelt, und sämtliche Produkte werden in Deutschland produziert. Die Franka Emika GmbH stellte auf der Hannover Messe 2017 einen ersten Roboter nach dem neuen Konzept vor, den das Unternehmen in Durach bei Kempten herstellt und seit August 2017 an Anwender aus Forschung und Industrie ausgeliefert. An dem Standort im Allgäu sind derzeit rund 40 Mitarbeiter allein in der Fertigung beschäftigt. Das Forschungs- und Entwicklungszentrum in München bietet etwa 80 Arbeitsplätze. Das Potenzial ist riesig: Rund 25 Millionen lernfähige und kooperative maschinelle Assistenten könnten künftig weltweit im Einsatz sein. Das junge Unternehmen will sich davon langfristig einen Marktanteil von 10 bis 20 Prozent sichern.

Die Anwendungsmöglichkeiten des neuen Systems reichen weit über die industrielle Produktion hinaus. Künftig könnte es auch in Servicerobotern zur Unterstützung von Pflegekräften für alte, behinderte oder kranke Menschen zum Einsatz kommen. Unter anderem in einem Projekt mit der Stadt Garmisch-Partenkirchen wird der Einsatz derzeit geplant. Ein weiteres Nutzungsfeld bietet sich als Plattform für die Ausbildung junger Menschen in der Robotertechnologie. So kommen Automaten von Franka Emika bereits im Unterricht an niedersächsischen Schulen und Berufsschulen zum Einsatz.