Daniel Baković, Senior Manager für Steuerungstechnologie und Mechatronische Systeme in der Entwicklung, und Bernd Müller, Industry Manager Robotics, im Gespräch über Roboter, ROS und eine Zukunft mit MRK. (Bild: Redaktion IEE)
Die Vorstellung Ihrer Service Robotik Module war mehr, als nur ein neues Produkt vorzustellen. Was war die Triebfeder, sich auf dieses Terrain zu begeben?
Bernd Müller: Pilz ist in der Robotik schon seit vielen Jahren präsent, zum Beispiel mit Sensoren – seien es Schutztürsysteme oder optoelektronische Sensoren wie Lichtgitter, Scanner, Kamerasysteme oder unsere dynamische Schaltmatte. Über Dienstleistungen haben wir uns in den letzten Jahren auch stark in das Thema MRK, also Mensch-Roboter-Kollaboration, hineingearbeitet. Mit den Service Robotik Modulen schließen wir jetzt eine Lücke im Portfolio, um dem Kunden, der auf der Suche nach einer sicheren Roboterapplikation ist, alles aus einer Hand anbieten zu können.
Bei Ihnen ist immer die Rede von Servicerobotern. Was verstehen Sie darunter? Sicher nicht den Assistenzroboter in der Pflege.
Bernd Müller: Das zeigt eine Anwendung sehr gut, die wir auf der automatica präsentiert haben. Dabei war ein fahrerloses Transportsystem (FTS) mit unserem Manipulator- und Steuerungsmodul bestückt und hat eine Pick-and-Place-Anwendung übernommen: Das FTS hat Teile abgeholt und sie einer anderen Maschine zur Verfügung gestellt. Das ist für uns eine typische Service-Robotik-Applikation.
Natürlich gehören auch die Assistenzroboter im Pflegebereich oder in der Gastronomie dazu. Dabei möchte ich nicht von vornherein ausschließen, dass wir in Zukunft in diesem Bereich tätig sein werden.
Wo haben Sie Ihre Marktlücke im Robotersegment gesehen?
"Wenn jemand eine Roboterapplikation umsetzen will, dann soll er bei Pilz alles von einem Anbieter bekommen, inklusive der Service Robotik Module." Bernd Müller, Industry Manager Robotics bei Pilz. Redaktion IEE
Bernd Müller: Eine Marktlücke im engeren Sinn haben wir gar nicht identifiziert. Uns ging es wirklich darum: wenn jemand eine Roboterapplikation umsetzen will, dann soll er bei Pilz alles von einem Anbieter bekommen, jetzt eben auch die Service Robotik Module.
Wie haben Roboter-Anbieter, die Sensorik von Pilz einsetzen, auf Ihre Ankündigung reagiert?
Bernd Müller: Wir haben das im Vorfeld entsprechend an diese Partner kommuniziert, um Irritationen zu vermeiden. Aber ich möchte betonen: Wir sehen uns nicht als Konkurrenz zu den klassischen Roboterherstellern, denn wir wollen den neuen Markt der professionellen Servicerobotik in den Vordergrund stellen und adressieren.
Und jemand, der seither Pilz-Komponenten kauft, um Roboterapplikationen sicher zu machen, findet jetzt bei uns einfach im Portfolio noch mehr, um die gesamte Lösung zu bekommen. Das geht dann letztendlich bis hin zu unseren Dienstleistungen, also von der Risikoanalyse bis zur CE-Kennzeichnung der ganzen Applikation.
Sie betonen, dass Sie kein Roboterhersteller sind, aber ganz unbedarft: Ich sehe einen Pilz-Roboter, demnach sind Sie ein Roboterhersteller.
Bernd Müller: Uns ist der Aspekt der Modularität wichtig. Wir wollen unseren Kunden in die Lage versetzen, eigene Roboterapplikation umzusetzen oder herzustellen. Und der Kunde hat dann eben die Wahl, welche Module er verwenden möchte. Hardware-seitig bieten wir Manipulator-, Steuerungs- und Bedienmodule an. In Kombination mit unseren Software-Modulen aus dem Bereich des Robot Operating Systems, kurz ROS, kann der Kunde seine individuelle Applikation realisieren. Das heißt, er wählt beispielsweise unser Manipulatormodul im Zusammenhang mit den ROS Modulen. Aber er ist auf die anderen Komponenten, wie Steuerungsmodul und Bedienmodul von uns, gar nicht angewiesen. Diese Entscheidung liegt ganz beim Kunden.
Was sich genau hinter ROS verbirgt
Können Sie ROS bitte kurz erläutern?
"Was uns auszeichnet, ist die nahtlose ROS-Integration des Roboters." Daniel Baković, Senior Manager für Steuerungstechnologie und Mechatronische Systeme in der Entwicklung bei Pilz Redaktion IEE
Daniel Baković: ROS ist ein Open-Source Robotic Framework mit vielen Funktionalitäten und einer guten Infrastruktur. Es ermöglicht uns eine einfache Integration von komplexer Sensorik, wie 3D-Kameras, Laserscannern uva. Was ROS auszeichnet ist die Modularität, denn Anwender können einzelne Komponenten sehr einfach austauschen. Wenn ich beispielsweise eine Applikation mit dem Pilz Manipulator realisiert habe und er – warum auch immer – nicht mehr passt, dann kann ich ihn einfach ersetzen und die Applikation bleibt die gleiche.
Welche Funktionen sind bereits in ROS abgebildet?
Daniel Baković: ROS war ursprünglich nicht für den industriellen Einsatz gedacht, deshalb waren industrielle Anwendungen auch nicht so leicht realisierbar. Wenn Sie etwa mit ROS versuchen, einen Kleber entlang einer Kante aufzutragen, wird es nicht von Haus aus funktionieren. ROS hat seine Stärken in dynamischen Umgebungen, beispielsweise beim Navigieren von FTS, Kollisionsvermeidung oder Greifen von Objekten. Wir möchten ROS aber auch im industriellen Umfeld einsetzen und haben daher drei Pakete realisiert, die wir nach und nach der ROS-Community als Open-Source-Software zur Verfügung stellen werden.
Damit unser Manipulatormodul in ROS visualisiert und bewegt werden kann, bieten wir mit dem Paket „pilz_robots“ das kinematische Modell des Manipulators und ein MoveIt!-Plugin für die inverse Kinematik an.
Das zweite Paket stellt Industrie-Fahrbefehle zur Verfügung. Wir haben die Bahnplanung erweitert, sodass wir auch Industrie-relevante Fahrbefehle, wie PTP (Point-To-Point), LIN (Linear), CIRC (Circular), REL (Relative) und BLEND (Blending) als MoveIt!-Plugins realisieren können. Mit diesem Paket kann der Anwender sehr einfach auf bereits bekannte Fahrbefehle aus der industriellen Robotik zurückgreifen.
Und das dritte Paket?
Daniel Baković: Um die Programmierung in ROS zu vereinfachen, haben wir eine Programmierschnittstelle (API) auf Basis der beliebten Programmiersprache Python bereitgestellt. Dadurch können Applikationen einfach mit Python realisiert werden.
In Zukunft planen wir die Integration von weiteren Pilz-Produkten in ROS. So soll der Anwender in der Lage sein, direkt von ROS aus mit unseren Steuerungen (PSS 4000 oder PNOZmulti), dem sicheren Kamerasystem SafetyEYE, der dynamischen Schaltmatte PSENmat oder dem Sicherheits-Laserscanner PSENscan zu kommunizieren.
Uns ist der Aspekt der Modularität wichtig. Redaktion IEE
Bernd Müller: Diese Anforderungen, also die gesamte Applikation in ROS umsetzen zu können, hören wir immer wieder in Kundengesprächen. Der Kunde muss dann keine Zeit aufwenden, sich dies selbst zu erarbeiten.
Für welche Applikationsszenarien reicht die Performance von ROS?
Daniel Baković: Mit unseren ROS Modulen können aus meiner Sicht alle Applikationen realisiert werden bei denen man keine harte Echtzeitanforderungen hat, angefangen von Pick-and-Place über Palettieren, Polieren bis hin zum Schweißen. Zudem hat ROS dort viele Vorteile, wo komplexe Sensorik benötigt wird oder wo man sich in dynamischer Umgebung befindet, die eine adaptive Bahnplanung erfordert. Mit ROS haben wir aktuell noch kein echtzeitfähiges System, was bisher nicht relevant ist, weil die meisten Applikationen im Service-Robotik-Bereich keine Echtzeit erfordern.
Warum setzen Sie auf ROS, obwohl es erst noch für die Industrie angepasst werden musste?
Daniel Baković: ROS gibt es ja schon seit 10 Jahren und wir fingen circa 2011 damit an, ROS zu verfolgen. Wir haben schnell erkannt, dass sehr viel Potenzial dahintersteckt. Ein Systemintegrator hat es mit dem Framework beispielsweise einfacher, Komponenten zu integrieren und Applikationen umzusetzen – unabhängig vom Komponentenhersteller. Zudem macht es uns das Leben leichter, wenn wir standardisierte Komponenten nutzen. Wir haben auch registriert, dass ROS immer mehr im industriellen Umfeld eingesetzt wird, aktuell noch vorwiegend in FTS.
Andere Roboterhersteller verwenden auch ROS?
Daniel Baković: Ja, aber wir verfolgen bei der Integration einen anderen Ansatz, der auf Offenheit setzt und sich dadurch von anderen Herstellern unterscheidet. Da wir CANopen zur Ansteuerung des Roboters nutzen, bieten wir ein offenes System. Das heißt, Sie benötigen nicht zwingend eine Pilz Steuerung, um den Roboter zu betreiben, denn Sie können dafür jeden ROS-PC nehmen. Bei vielen anderen müssen Sie die herstellerspezifische Steuerung verwenden, an der sich ROS andockt.
Sehen Sie auch Schwächen bei ROS?
Daniel Baković: ROS besteht aus vielen Paketen in unterschiedlicher Qualität. Das heißt, es existieren Pakte, die hohe Qualitätsstandards erfüllen, und es gibt auch Pakete, die nicht dokumentiert und ungetestet sind. Diese funktionieren zwar, erfüllen aber nicht unsere Qualitätsstandards. Diese Mischung macht es schwer, herauszufinden, welche Pakete ich für Applikationen zulasse, um meinen hohen Qualitätsstandard zu halten.
Wie ROS und Safety zusammenpassen
Passen Open Source und Safety zusammen oder hatten Sie Bedenken?
Wir haben ROS industrietauglich gemacht. Redaktion IEE
Daniel Baković: Nein, denn für uns ist Safety separat. ROS macht die Bahnplanung, Bahnausführung und die Programmabarbeitung. Safety läuft klassisch mit unseren Steuerungen wie sie unser Automatisierungssystem PSS 4000 anbietet, das mit ROS kommuniziert und Freigaben erteilt. Aber wenn ROS beispielsweise versucht weiterzufahren, obwohl es einen Haltebefehl gibt, dann schaltet die Sicherheitssteuerung ab. Nochmal ganz explizit: Wir betrachten ROS und Safety aktuell getrennt!
Das heißt zwei Steuerungen, eine für den Roboter und eine für die Safetyfunktion?
Daniel Baković: Genau. Für Safety haben wir unsere kompakten Industriesteuerungen und für ROS werden meistens Industrie-PCs oder Standard-PCs genutzt.
Sie sagten aktuell, wie sieht die Zukunft aus?
Daniel Baković: Wir hoffen, dass in ROS auch Safety-Anforderungen berücksichtigt werden, zum Beispiel mit dem Nachfolger ROS 2.
Bernd Müller: Dahingehend laufen auch viele Diskussionen mit Kunden, die sich mit dem Thema befassen und fragen: Wie ist das jetzt mit der Safety? Aber ich denke, wir haben da den entsprechenden Background, um diese Fragen zu beantworten.
Hardware- und Software-Entwicklung – zum Teil bei 0 angefangen. Das war sicher ein immenser Aufwand. Sie vertrauen also der Robotik als Zukunftsthema?
Bernd Müller: Ja, denn der Markt bietet Potenzial. Dies war in den letzten Jahren sehr gut zu sehen, etwa wie sich bei den Industrierobotern die Verkaufszahlen in die Höhe geschraubt haben. Auch der Bereich MRK ist ein Riesentrend im Markt und die Prognose für den Bereich der professionellen Servicerobotik ist entsprechend gut. Daher sehen wir großes Potenzial für unsere Module.
Auf der automatica war Ihr Roboter noch eingezäunt und gesichert. Wann kommt die erste MRK-Variante?
Wir bauen einen Manipulator, keinen Roboter. Redaktion IEE
Bernd Müller: Mit den aktuellen Sicherheitsfunktionen safe torque off (STO) und safe brake control (SBC) ist bereits eine MRK im Sinne der Methode 1 – sicherheitsüberwachter Stopp – möglich. Aber natürlich werden wir in den nächsten Jahren Thema MRK weiterentwickeln und auch zusätzliche Sicherheitsfunktionalitäten anbieten.
Spielen dabei Ihre Textil-Sensoren eine Rolle, die bereits in der Sicherheitsmatte zum Einsatz kommen?
Daniel Baković: Ja. Auf der automatica haben wir einen Manipulator im Forschungsstadium gezeigt, der damit umhüllt war. Zudem waren die Gelenkbereiche mit kapazitiver Sensorik umhüllt. Diese Kombination aus taktilen und kapazitiven Sensoren könnte für uns ein möglicher Ansatz sein, um die Methode 4 der MRK, also Leistungs- und Kraftbegrenzung, zu realisieren.
Wie läuft die Umsetzung von MRK in ROS?
Daniel Baković: Bis zu Methode 3 würde es wahrscheinlich gehen, aber noch brauchen wir eine übergeordnete Sicherheitssteuerung, die das Ganze überwacht. Mit ROS allein funktioniert es nicht, noch nicht.
Was sind die technischen Eckdaten Ihres Roboters?
In Zukunft wollen wir auch weitere Pilz Komponenten in ROS integrieren, damit diese mit dem Roboter kommunizieren können. Redaktion IEE
Daniel Baković: Das Manipulatormodul besitzt 6 Achsen und hat eine Traglast von 6 kg bei 19 kg Eigengewicht. Die maximale Reichweite beträgt 741 mm. Zur Ansteuerung steht eine CANopen Schnittstelle (CiA 402 Profil – elektrische Antriebe) zur Verfügung. Eine Besonderheit ist die 24 Volt Spannungsversorgung, die einen Akkubetrieb ermöglicht. Somit ist der Manipulator ideal für mobile Anwendungen, wie den Einsatz auf Fahrerlosen Transportsystemen (FTS), vorbereitet.
Bernd Müller: Und gerade in dem Umfeld der fahrerlosen Transportsysteme kommt der Vorteil mit den 24 Volt, aber auch ROS, sehr gut zum Tragen, weil ich eine abgeschlossene Applikation habe, die ich in ROS realisieren kann.
Weil das Fahrzeug bereits über ROS läuft.
Bernd Müller: Genau. Und dann harmoniert das wunderbar, und ich muss mich nicht um die anderen Maschinenapplikationen im Umfeld kümmern.
Provokant gefragt: Was kann Ihr Roboter besser als andere?
Wir werden in den nächsten Jahren das Thema MRK weiterentwickeln und zusätzliche Sicherheitsfunktionalitäten anbieten. Redaktion IEE
Bernd Müller: Die drei Module Manipulator, Steuerungsmodul und Bedienmodul werden von der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung gemäß der EN ISO 10218-1 ein Zertifikat erhalten. Der Manipulator ist bereits entsprechend zertifiziert. Dies ist schon ein Alleinstellungsmerkmal, denn der Kunde, der jetzt unsere Module im Rahmen seiner Applikation einsetzt, braucht diesen Sicherheitsaspekt in seiner weiteren Dokumentation nicht mehr zu berücksichtigen, sondern wir liefern das Zertifikat.
Daniel Baković: Was uns noch auszeichnet, ist die nahtlose ROS-Integration. Die Pakete, die wir für unser System veröffentlichen, stammen auch von uns. Es gibt also keinen Bruch zwischen ROS-Entwickler und Manipulator-Hersteller. Bei vielen ist es so, dass Anwender oder ROS-Nutzer die Integration übernehmen und nicht der Roboterhersteller selbst.
Zudem ist es so, dass der Anwender nichts zusätzlich von Pilz braucht, um den Roboter anzusteuern. Das ist wirklich ein Modul, ein Manipulatormodul. Nochmal: wir sind kein Roboterhersteller, wir sind Robotik-Module-Hersteller. Also wenn der Kunde den Manipulator kauft, hat er freie Wahl bei der Steuerung so lange diese eine CANopen Schnittstelle zur Verfügung stellt. Damit kann er den Manipulator ansteuern und sich seinen eigenen Roboter bauen.
Wann kommt der nächste Manipulator und mit welcher Traglast?
Bernd Müller: Wir sind jetzt vorerst mit 6 kg Traglast auf den Markt gekommen und da gibt uns der Markt Recht. Es gibt Studien, dass mehr als 50 % der Applikationen mit Knickarmrobotern im 5 kg-Traglastbereich umgesetzt werden. Von daher sind wir für die ersten Schritte gut aufgestellt.
Gibt es bereits erste Projekte?
Bernd Müller: Wir sind im Juni auf der automatica mit den Modulen an den Markt gegangen und sind jetzt in der Phase, dass erste Pilotkunden unsere Module testen. Dabei finden sich die Anwender sowohl im industriellen Umfeld wie auch in Forschungseinrichtungen und Universitäten.
Das Interview führte Dr. Martin Large, Redakteur IEE
SPS IPC Drives 2018: Halle 9, Stand 370
(ml)
