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Deutsches Robotik-Cluster in Sachsen

Neues aus dem Tal der Roboter

Zuletzt hat ROBOTIK UND PRODUKTION in der Ausgabe 4/2020 einen Blick hinter die Kulissen des sächsischen Robotik-Clusters Robot Valley Saxony geworfen. Rund ein Jahr später gibt es neue spannende Robotikprojekte und -anwendungen. Und auch die Forschung steht nicht still.

Sachsen bietet mit seiner Branchen- und Innovationsvielfalt beste Voraussetzungen, als Impulsgeber für die deutsche Robotikszene zu agieren. „Gut 300 Unternehmen und Institute mit 35.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern beschäftigen sich im weitesten Sinne mit Robotikprojekten. Diese Akteure erwirtschaften in Sachsen knapp 6Mrd.€ jährlich. Dabei sind sächsische Unternehmen und Institute vor allem an der Schnittstelle zwischen Roboterherstellern und Anwendern aktiv, wie z.B. Wandelbots. Viele liefern individuelle, maßgeschneiderte Lösungen für verschiedene Branchen und zunehmend auch für den Mittelstand“, so Thomas Schulz, Geschäftsführer des Robot Valley Saxony, dem sächsischen Robotik-Cluster.

Als Beispiel der gemeinsamen Forschung und Entwicklung von Wandelbots, der TU Dresden und dem Exzellenzcluster CeTI diente auf dem Robotikevent Kollege Roboter ein Demonstrator mit UR-Roboter, der Teiglinge für das Bäckerhandwerk vorbereitet. (Bild: TU Dresden CeTI)

Als Beispiel der gemeinsamen Forschung und Entwicklung von Wandelbots, der TU Dresden und dem Exzellenzcluster CeTI diente auf dem Robotikevent Kollege Roboter ein Demonstrator mit UR-Roboter, der Teiglinge für das Bäckerhandwerk vorbereitet. (Bild: TU Dresden CeTI)

Beginnen wir unsere Reise durch das Robot Valley nun am Kompetenzzentrum Robotik im Handwerk. Die Handwerkskammer Dresden betreibt ein eigenes Robotiktestfeld mit verschiedenen Demonstratoren zu Anwendungen, wie Materialtransport, Handling, automatisierte Be- und Verarbeitung von Werkstücken und Werkstoffen sowie Arbeitsunterstützung mittels Exoskelett. Dort ist z.B. ein sechsachsiger BA006N-Roboter von Kawasaki mit einer Schweißquelle zum Lichtbogenschweißen von Kemppi ausgestattet. Mit einer maximalen Reichweite von fast 1,5m kann er Arbeitsaufträge mit einer Genauigkeit von 0,06mm ausführen. Das Exoskelett Cray X von German Bionic kann den unteren Rücken beim Heben von schweren Gegenständen entlasten, indem es Bewegungen nachahmt und verstärkt. Es bietet eine Lastunterstützung von maximal 25kg und wiegt selbst 8kg. Ein autonom fahrender Transportroboter von der Firma FlexQube folgt mittels Kamerasystem einer auf dem Fußboden markierten Bahn. Mithilfe von RFID-Tags können Halte- und Wendepunkte definiert werden. Die Befehlseingabe erfolgt mittels App und lässt sich durch vorstrukturierte Elemente einfach umsetzen. Das System kann bis zu 1t Last bewegen und durch verschiedene Aufbauten ergänzt werden.

5G und Robotik

Das Exzellenzcluster CeTI (Centre for Tactile Internet with Human-in-the-Loop) forscht an der Übertragung von aktiven und passiven Berührungssignalen, um in virtueller oder realer Umgebung ohne Zeitverzögerung Dinge zu erspüren, z.B. durch intelligente Kleidung. In die interdisziplinäre Forschung aus Elektrotechnik, Informatik, Psychologie, Neurowissenschaften und Medizin sind über 100 Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen aus 19 Nationen involviert. Zusammen mit dem Dresdner Startup Wandelbots und dem 5G Campus-Projektteam der TU Dresden verfolgt das Exzellenzcluster ein gemeinsames Ziel: die Demokratisierung von Fähigkeiten und Fachwissen – ganz konkret in diesem Fall die Programmierung und der Einsatz von Robotern in Handwerksbetrieben und kleinen und mittelständigen Unternehmen.

Bei dem Projekt um den Roboter Spot geht es in erster Linie um die Virtualisierung von Robotersteuerungen, die Auswertung von 3D-Sensordaten sowie um die Ressourcenverschiebung in die Cloud. (Bild: TeDo Verlag GmbH)

Bei dem Projekt um den Roboter Spot geht es in erster Linie um die Virtualisierung von Robotersteuerungen, die Auswertung von 3D-Sensordaten sowie um die Ressourcenverschiebung in die Cloud. (Bild: TeDo Verlag GmbH)

Bislang gestaltet sich der Einsatz von Robotern in KMUs durch die schwierige Programmierung und Ansteuerung umständlich. Wandelbots will dies durch seine intuitive No-Code-Lösung Tracepen ändern. Dennoch ist weiterhin viel teure und spezielle Rechenhardware nötig, um Roboter anzusteuern. Durch 5G kann die Robotersteuerung aus der Edge-Cloud erfolgen und Lernprogramme zwischen Robotern übertragen werden. Durch die schnellere Kommunikation der Maschinen untereinander kann die Produktion in Echtzeit angepasst werden. Auch die Überwachung und Änderung von Maschinenaufträgen in der Werkstatt kann der Handwerker bequem beim Kunden vornehmen, ohne erst in seinen Betrieb fahren zu müssen.
Als anschauliches Beispiel der gemeinsamen Forschung und Entwicklung von Wandelbots, der TU Dresden und dem Exzellenzcluster CeTI diente auf dem Robotikevent Kollege Roboter von Mi-connect und der Handwerkskammer Dresden ein Demonstrator mit UR-Roboter, der Teiglinge für das Bäckerhandwerk vorbereitet. Aus der Cloud heraus mittels 5G angesteuert und mit Hilfe des Tracepens angelernt, kann der Roboter die repetitive Aufgabe des Auflegens der Teiglinge auf ein Backblech fehlerfrei und schnell ausüben. Weitere Demonstratoren des CeTI, die auf dem Dresden Robotics Festival, das vom 16. bis zum 22. September stattfand, zu sehen waren, sind die Gestenerkennung ‚Rock Paper Scissors‘, ein Surf-Demontrator, der Boston-Dynamics-Roboterhund Spot sowie eine Robotikanwendung für die zukünftige Krebschirurgie aus dem Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen Dresden (NCT). Bei der Gestenerkennung messen in einen Datenhandschuh eingestrickte Sensoren Dehnungen des Fingers während der Bewegung. Beim Surf-Demonstrator kann ein Surfer mittels Ganzkörper-Tracking direkt auf dem Brett durch Sensoren und Aktuatoren Lernerfolge erzielen. Bei dem Projekt um den Roboter Spot geht es in erster Linie um die Virtualisierung von Robotersteuerungen, die Auswertung von 3D-Sensordaten, erzeugt mit einer optischen und einer Tiefenkamera in der Cloud, sowie um die Ressourcenverschiebung in die Cloud, um weniger Energie zu verbrauchen und eine längere Laufzeit des Roboters zu erreichen.

Roboter in der Halbleiterfabrik

Das Dresdener Unternehmen Fabmatics will mit seinen Automatisierungslösungen Halbleiterfabriken dabei helfen, effizienter und sicherer zu produzieren. Die mobilen Fabmatics-Roboter der Hero-Fab-Reihe transportieren empfindliche Wafer im Reinraum und beladen Produktionsmaschinen vollautomatisch. Das Modell Hero Fab 200 ist für Anwendungen in 200mm-Halbleiterfabriken geeignet und dementsprechend das Modell Fab 300 für 300mm-Fabriken. Der Hauptunterschied liegt hier in der Handhabung der Traglasten. Daher arbeitet das Unternehmen je nach Anwendungsfeld mit unterschiedlichen Roboterarmen, die aber alle der Anforderung ‚reinraumgerecht bis zur Klasse ISO3‘ entsprechen. So kommen hier die TX2-Serie von Stäubli sowie der LR Mate 200iD/7LC von Fanuc zum Einsatz. Die Traglast der Roboteranwendung reicht dabei je nach Ausstattung von 5 bis 15kg, die Reichweite variiert von 911 bis 1.200mm. Die mobile Plattform, auf der die Roboter aufsetzen, ist eine Eigenentwicklung von Fabmatics.

Die mobilen Fabmatics-Roboter der Hero-Fab-Reihe transportieren empfindliche Wafer im Reinraum und beladen Produktionsmaschinen vollautomatisch. (Bild: Fabmatics GmbH)

Die mobilen Fabmatics-Roboter der Hero-Fab-Reihe transportieren empfindliche Wafer im Reinraum und beladen Produktionsmaschinen vollautomatisch. (Bild: Fabmatics GmbH)

Der ebenfalls mobile Roboter Scout wurde für sehr spezielle Transport- und Handhabungsaufgaben konzipiert. Die Version Scout Triax z.B. ist vor allem für den Transport von Belichtungsmasken gedacht. Die Beladung der großen Belichtungsmaschinen mit diesen Masken ist für den Menschen kein leichtes Unterfangen, da sich der Beladeplatz für diese Maschinen auf ca. 1,60m Höhe befindet. In vollautomatisierten Fabriken erfolgt die Beladung durch Transportsysteme an der Decke, aber gerade in älteren 200mm-Fabriken sind solche Systeme nicht vorhanden und aufgrund einer geringen Deckenhöhe auch nicht nachrüstbar. Um dennoch die Beladung automatisiert ablaufen zu lassen, bedarf es spezieller Lösungen. Alle Scout-Varianten können Hindernissen mittels 3D-Kameratechnik selbstständig ausweichen.

Der ebenfalls mobile Roboter Scout wurde für sehr spezielle Transport- und Handhabungsaufgaben konzipiert. (Bild: Fabmatics GmbH)

Der ebenfalls mobile Roboter Scout wurde für sehr spezielle Transport- und Handhabungsaufgaben konzipiert. (Bild: Fabmatics GmbH)

Der CubeStocker von Fabmatics ist ein bodengestütztes vollautomatisches Lagersystem für offene 200mm-Wafer-Carrier. Die automatische Ein- und Ausgabe für dieses System erfolgt über ein Deckentransportsystem. Innerhalb des CubeStockers wird eine eigene ISO3-Reinraumatmosphäre geschaffen, um die Wafer vor dem nächsten Bearbeitungsschritt sauber zwischenzulagern und dem Produktionsprozess somit Puffer einzuräumen, ohne dass durch eine Zwischenlagerung die Qualität der Ausbeute leidet. Durch die eigene Versorgung mit sauberer Luft kann der CubeStocker auch im Grauraum (ISO6) platziert werden, um die wertvolle Reinraumfläche für wichtige Produktionsmaschinen zu sparen. Die Anwendung ist besonders für Halbleiterfabriken geeignet, die keine Lagermöglichkeit unter der Decke haben. Er bietet in seiner kompakten Form Platz für bis zu 193 Waferkassetten. Das Roboterportal im Inneren des CubeStockers besteht aus zwei Vertikalachsen von Rose+Krieger sowie einem Sechsachsroboter von Stäubli, Modell TX2 90 XL. Das Teaching der einzelnen Lagerplätze erfolgt automatisch, sodass die Inbetriebnahme bzw. Instandsetzung so kurz wie möglich gehalten werden kann und das System der Produktion schnell zur Verfügung steht.

Der CubeStocker von Fabmatics ist ein bodengestütztes vollautomatisches Lagersystem für offene 200mm-Wafer-Carrier. (Bild: Fabmatics GmbH)

Der CubeStocker von Fabmatics ist ein bodengestütztes vollautomatisches Lagersystem für offene 200mm-Wafer-Carrier. (Bild: Fabmatics GmbH)

Deutsches Robotik-Cluster in Sachsen
Bild: TU Dresden CeTI


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