Ergebnisse der 
Robotik Challenge

Ergebnispräsentation auf dem Innovationsformur Leitungssatz 2024

Unsere Robotik Challenge zur Automatisierung der Leitungssatzmontage ist beendet! Nachdem der Bearbeitungszeitraum bis zum 14. März 2024 lief, folgte die Bewertung der Lösungen Ende März. Hierzu wurden separate Bewertungssitzungen durchgeführt, in denen die 8 Teilnehmer ihre Lösungen unserer Fach-Jury präsentierten.

Die Challenge Teilnehmer hatten sich und ihre Demonstratoren hierbei sehr professionell im Rahmen kurzer Videos vorgestellt. Hier zeigte sich schon die Diversität der Lösungsansätze, was auch für die Experten sehr spannend zu sehen war. Und so gab es auch in der Jury intensive Bewertungsrunden zur Kürung der besten Lösungen.

Präsentiert wurden die Lösungen auf dem Innovationsforum Leitungssatz am 11. April 2024 in Stuttgart, wo alle Teilnehmer ihre Demonstratoren zeigten. Am Nachmittag erfolgte die Verleihung der Awards, die in verschiedenen Kategorien vergeben wurden:

  • Award für Wirtschaftlichkeit: ArtiMinds Robotics GmbH
  • Award für Technologie: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
  • Award für Innovation: Micropsi Industries GmbH
  • Award für Robustheit: Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt

Im nachfolgenden haben wir die Ergebnisse der Robotik-Challenge aller Teilnehmer aufgearbeitet und dokumentiert. Neben der textlichen Beschreibung der jeweiligen Lösungen finden sich auch die Ergebnisvideos, die Teil der Bewertungssitzungen mit der Jury waren. Viel Spaß beim Anschauen der Videos.

Die teilnehmenden Unternehmen:

ArtiMinds Robotics GmbH - Gewinner Award für Wirtschaftlichkeit

ArtiMinds Robotics mit Sitz in Karlsruhe bietet innovative Softwarelösungen und Engineering-Dienstleistungen für fortschrittliche Roboteranwendungen. Die Software ArtiMinds RPS ermöglicht einen kostengünstigen, schnellen und robusten Robotereinsatz in neuen Anwendungsbereichen. Für diese Entwicklung hat das Unternehmen bereits zahlreiche Förderungen und Auszeichnungen erhalten. Heute werden mit RPS programmierte Roboter in zahlreichen Branchen eingesetzt und Unternehmen aller Größenordnungen nutzen das Programmierwerkzeug. Ergänzt wird das Portfolio durch das Analysetool LAR, das detaillierte Einblicke in robotergestützte Automatisierungsprozesse gibt und so kontinuierliche Optimierungen ermöglicht. Darüber hinaus bieten die Robotik-Spezialisten von ArtiMinds individuelle Engineering-Dienstleistungen an, um Fertigungsunternehmen und Systemintegratoren bei der Umsetzung anspruchsvoller Automatisierungslösungen zu unterstützen.

Das von ArtiMinds präsentierte Konzept bietet eine flexible und industriell robuste Automatisierungslösung, die auf den Einsatz von bereits in Serie bewährter und direkt am Markt verfügbarer Standardhardware (Roboter, Kameras, Greifer und Kraft-Momenten-Sensor) und -software setzt. Die hauseignen Softwareprodukte ArtiMinds Robot Programming Suite (RPS) und ArtiMinds Learning & Analytics for Robots (LAR) sorgen für eine reibungslose Kombination der einzelnen Komponenten zu einer robusten Fertigungszelle. Trotz der Komplexität der einzelnen Teilprozesse und der auszugleichenden Toleranzen gelingt so eine flexible Kabelmontage mit einer Taktzeit von weniger als 6 Sekunden im Median pro Steckvorgang. 

Die Lösung ist für verschiede Produktvarianten auslegbar und lässt sich kosteneffizient neu konfigurieren. Herzstück ist der von ArtiMinds RPS generierte native Programmcode, der direkt auf der Robotersteuerung ausgeführt wird. So lassen sich die Roboterprogramme nahtlos in bereits existierende Standards und Arbeitsabläufe integrieren.

Laudator Herr Malinowski übergibt Herrn Jäkel den Award Wirtschaftlichkeit
Ergebnisvideo der Lösung von ArtiMinds

Cellios / Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA  - Gewinner Award für Technologie

Cellios ist ein junges Unternehmen, das seine Wurzeln am Fraunhofer IPA hat und bei seiner Gründung durch EXIST unterstützt wird. Sie haben sich das Ziel gesetzt, die lokalen Produktionsstandorte in Europa zu stärken sowie Mitarbeitende von monotoner Arbeit zu entlasten. Gemeinsam soll verändert werden, wie gearbeitet und produziert wird. Dies wird durch eine flexible Automatisierungslösung realisiert. Als Systemintegrator bietet Cellios seinen Kunden eine direkt einsetzbare Gesamtlösung – von der Hardware über die Software bis hin zur Integration und Betreuung.

Das von Cellios präsentierte Konzept für die Robotik Challenge umfasst eine integrierte Systemlösung, welche die Stärken der taktilen Kraftregelung und des visuellen Sehvermögens vereint. Dabei verwendet Cellios zwei Kameras. Eine Kamera dient der Vereinzelung von Bauteilen mithilfe der Software Merlic, die auf dem Matching-Verfahren basiert. Die andere Kamera ermöglicht eine präzise Positionierung im Sub-Millimeter-Bereich und bestimmt die Kontakt-Orientierung. Eine Umgreifstation orientiert das Kabel. Beim Stecken werden Kräfte geregelt und überwacht. Dadurch erlaubt das System eine einfache Einrichtung neuer Kontakttypen: Parametrieren statt Programmieren ist dabei das Mantra. Die Kombination aus Bildverarbeitung und Kraftregelung führt zu kürzeren Zykluszeiten und einer robusten Prozessausführung. Durch die flexible Standardisierung und innovative Software können individuelle Kundenanforderungen ohne große Anpassungen erfüllt werden. Die Lösung ist bereits erfolgreich für die Montage von Flachbandkabeln im Einsatz und bedient eine breite Palette von Anwendungsfällen in der Kabelkonfektion sowie in der Kabelmontage. Durch die Flexibilität des Systems kann die Anbindung verschiedener Kabelbearbeitungsmaschinen stattfinden, was zu einer vielseitigen Lösung führt. Cellios ist somit auch zukünftigen Anforderungen gewachsen.

Laudator Herr Glaser übergibt den Herren Nägele und Lämmle den Award Technologie
Ergebnisvideo der Lösung von Cellios / IPA

Micropsi Industries GmbH (in Kooperation mit der FANUC Deutschland GmbH) - Gewinner Award für Innovation

Micropsi Industries ist auf KI-Vision-Software für Industrieroboter spezialisiert und mit seinem Produkt MIRAI an der Spitze dieses Technologiesektors. MIRAI ermöglicht es Robotern, aus Trainingsdaten zu lernen und sich in Echtzeit an Varianzen anzupassen. Diese Innovation ermöglicht einen effizienteren und robusteren Betrieb in dynamischen Fabrikumgebungen.

Angesichts der Komplexität, die mit der Integration fortschrittlicher Technologien verbunden ist, bietet Micropsi nicht nur eine hochmoderne Softwarelösung, sondern auch das umfassende Fachwissen seiner Serviceteams und Systemintegrationspartnern. Diese spezialisierten Teams arbeiten eng mit Kunden zusammen, um sicherzustellen, dass jede Lösung nahtlos in deren Prozesse integriert wird. Mit Standorten in Berlin und San Francisco ist Micropsi bestrebt, die Möglichkeiten der industriellen Automatisierung zu erweitern.

 

Das von Micropsi Industries und Fanuc Deutschland präsentierte Konzept für die Robotik Challenge basiert auf der KI-Vision-Software MIRAI von Micropsi als zentrale Komponente der Lösungsstrategie. Durch den Einsatz von MIRAI ist es nicht notwendig, feste Aufnahmen oder Halter zu bauen, um die Aufgabe der Robotik-Challenge zu lösen. MIRAI ermöglicht es, sowohl den Stecker als auch die einzelnen Kabel von einer ebenen Fläche zu greifen und korrekt in das Gehäuse bzw. den Stecker einzuführen. Durch den Einsatz von MIRAI ist es möglich, den Hardwareeinsatz auf ein Minimum zu reduzieren. So sind ein 3D-gedruckter Kamerahalter und 3D-gedruckte Greiferbacken die einzigen Komponenten, die speziell für diese Anwendung gefertigt wurden. Alle anderen Teile, wie der Greifer oder der Kraft-Momenten-Sensor, sind Standardkomponenten und können gekauft werden. Micropsi Industries hat seine Lösung mit dem kollaborativen Roboter Fanuc CRX 10iA realisiert. Um die Vorteile dieses Roboters nutzen zu können, haben sie eine kollaborative Lösung vorgestellt, die keine weiteren Schutzeinrichtungen benötigt.

Laudator Herr Reinert übergibt den Herren Mutschler und John den Award Innovation
Ergebnisvideo der Lösung von micropsi industries

Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt THWS / Center für Robotik - Gewinner Award für Robustheit

Das Center für Robotik (CERI) ist ein Institut der Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt (THWS), das Lehre und anwendungsorientierte Forschung im Bereich der modernen Robotik betreibt. Das CERI forscht zu intelligenten Robotersystemen, die nicht nur in der Industrie, sondern auch im öffentlichen Raum zunehmend präsenter werden. Im Kontext der „Smart Factory“ werden zukunftsweisende Projekte in den Bereichen robotergestützte Arbeitsplätze der Zukunft und der Intralogistik durchgeführt.

 

Das von THWS präsentierte Konzept kombiniert verschiedene technologische Ansätze der traditionellen Kamerabildverarbeitung mit künstlicher Intelligenz und nutzt den Kraft-Momenten-Sensor des Cobots als zusätzlichen Sensor.

Die THWS hat die Aufgaben der Challenge in zwei Teilprobleme unterteilt:

1) Positionsrichtiges Greifen und Einsetzen der Buchse in die Aufnahme und

2) Detektion und Korrektur der Kabelorientierung.

Die genaue Translation und Rotation der Buchse im Raum wird durch Kantenerkennung und einen Perspective-n-Point-Algorithmus, basierend auf Referenzbildern, bestimmt. Der Roboter passt seine Greifposition entsprechend an und platziert die Buchse sicher in der Aufnahme. Ein individuelles Greiferfingerdesign unterstützt die korrekte Ausrichtung der Buchse im Greifer.

Anschließend wird die Orientierung jedes Kabels anhand von Kamerabildern und einer Kombination aus künstlicher Intelligenz und mathematischen Transformationsvorschriften bestimmt. Der Roboter korrigiert dann die Einführposition des Kabels und platziert es im vorgesehenen Slot. Mithilfe des Kraft-Momenten-Sensors des Roboters können kleinere Abweichungen beim Platzieren korrigiert, sowie die Endposition des Kabels im Stecker bestimmt werden.

Der gesamte Ablauf ist dynamisch gestaltet, sodass das Robotersystem Fehler selbstständig erkennt und entsprechend reagiert. Zum Beispiel sortiert das System stark verbogene Kabel aus, deren Position der Roboter nicht korrigieren könnte oder überprüft mittels Kamera, ob die Kabel im korrekten Slot versteckt wurden.

Laudator Herr Reinert übergibt dem THWS-Team den Award Robustheit
Ergebnisvideo der Lösung der Technischen Hochschule Würzburg-Schweinfurt

KUKA Systems GmbH

KUKA ist ein international tätiger Automatisierungskonzern mit einem Umsatz von rund 4 Mrd. EUR und rund 15.000 Mitarbeitenden. Der Hauptsitz des Unternehmens ist Augsburg. Als einer der weltweit führenden Anbieter von intelligenten Automatisierungslösungen bietet KUKA ihren Kunden alles aus einer Hand. Vom Roboter über die Zelle bis hin zur vollautomatisierten Anlage und deren Vernetzung – vor allem in Märkten wie Automotive mit Schwerpunkt E-Mobility & Battery, Electronics, Metal & Plastic, Consumer Goods, General Industry, E-Commerce, Retail und Healthcare.

 

Das von KUKA präsentierte Konzept für die Robotik Challenge beinhaltet einen automatisierten Prozess zur Montage von Steckverbindern bei dem das Bauteil-Handling durch einen KUKA-Leichtbauroboter LBR iiwa erfolgt, der mit drei Greifern für die jeweiligen Komponenten Buchsengehäuse, blaue Litze und schwarze Litze ausgestattet ist.

Zunächst werden die Crimp-Kontakte der Litzen in richtiger Lage vorpositioniert, während das Buchsengehäuse auf einer Gegenlicht-Platte platziert wird. Eine Cognex-Kamera identifiziert das Buchsengehäuse und übermittelt seine Position an den Roboter. Dieser greift das Gehäuse mit einem passiven Greifer, der durch Kraftschluss das Werkstück sicher hält. Anschließend fügt der Roboter das Buchsengehäuse in eine entsprechende Aufnahme ein, wobei er die Soll- und Ist-TCP-Positionen abgleicht, um das Erreichen der finalen Fügeposition zu prüfen.

Der Roboter nimmt anschließend die blaue Litze mit einem elektrischen 2-Finger-Greifer auf und führt den Crimp-Kontakt vor eine weitere Cognex-Kamera. Diese überprüft den Kontakt auf Verdrehung und übermittelt Korrekturwerte an den Roboter. Mit diesen Werten fügt der Roboter den Crimpkontakt in das Buchsengehäuse ein, während er auch die Fügeposition überwacht und eine Zugprüfung durchführt, um sicherzustellen, dass sowohl das Buchsengehäuse als auch der Crimpkontakt ordnungsgemäß eingerastet sind. Ähnliche Schritte werden für zwei weitere schwarze Litzen durchgeführt, einschließlich Aufnahme, Vermessung, Fügen und Prüfung.

Der Kuka-Demonstrator in Aktion
Ergebnisvideo der Lösung von KUKA

Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)

Das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart ist eines der führenden Forschungsinstitute im Bereich der Steuerungstechnik. Es konzentriert sich auf die interdisziplinäre Forschung in Produktionstechnologien und Automatisierung und deckt ein breites Spektrum von Anwendungsbereichen ab, darunter die Entwicklung und Anwendung von Steuerungs- und computergestützten Methoden zur Lösung von Automatisierungsaufgaben. Zu den Hauptforschungsbereichen gehören Antriebssteuerung, Engineering, Kommunikation und virtuelle Produktion. Das ISW hat sich gleichermaßen der Grundlagenforschung wie auch der anwendungsorientierten Entwicklung verschrieben und unterhält enge Zusammenarbeiten sowohl mit öffentlichen Förderern als auch mit der Industrie.

Die Teilnahme des ISW an der Robotik Challenge wurde innerhalb des Projekts RoboCable des InnovationsCampus Mobilität der Zukunft durchgeführt. In diesem Projekt beschäftigt sich das ISW mit neuartigen KI-Methoden für die robotergestützte Manipulation biegeschlaffer Bauteile.

Herr Zürn stellt den ISW-Demonstrator vor
Ergebnisvideo der Lösung des ISW

Inores GmbH

Die Inores GmbH ist ein Technologieunternehmen, das sich auf die Entwicklung und Anwendung von Automatisierungslösungen und Qualitätssicherungssystemen spezialisiert hat. Das Unternehmen wurde 2011 in der Schweiz gegründet und hat sich insbesondere auf Bin-Picking-Technologien für industrielle Anwendungen konzentriert. Inores bietet umfassende Lösungen, die von der einfachen Automatisierung bis hin zu komplexen Systemen für die Qualitätssicherung reichen. Dieses Portfolio wurde in der Robotik Challenge mit dem automatisierten Stecken von biegeschlaffen Bauteilen kombiniert.

Der Demonstrator von Inores im Detail
Ergebnisvideo der Lösung von Inores

TruPhysics GmbH

TruPhysics bietet eine Plattform für intelligente Robotik und Automation, auf der Anwender ihre individuelle Lösung aus über 100 Hardware-, Elektronik- und Softwaremodulen zusammenstellen und mit dem selbst entwickelten Roboterbetriebssystem TruOS betreiben können. Für Branchen von Luft- und Raumfahrt über Logistik und Fertigung bis hin zum Gesundheitswesen bietet das Unternehmen mit seinen Hardwareprodukten wie mobilen Robotern, AMR-Add-ons und Arbeitsraumerweiterungen für Cobots ganzheitliche Lösungen für Intralogistik, Materialversorgung sowie Produktions- und Montageprozesse. Das Ergebnis sind Komplettlösungen, die perfekt auf die Bedürfnisse der Kunden zugeschnitten sind.

Herr Groz erläutert den Demonstrator von TruePhysics
Ergebnisvideo der Lösung von TruePhysics