Na letošním odborném veletrhu Automatica představí Fraunhoferův institut pro výrobní techniku a automatizaci IPA řadu řešení, která – také díky umělé inteligenci (UI) – výrazně zjednodušují a urychlují plánování, programování a zaučování robotů. K vidění od 24. do 27. června 2025 v hale A4 na stánku 314.
Ať už v výrobní hale, v čisté místnosti nebo v laboratoři: všude se dnes používají roboti a další automatizační komponenty, které především podporují při repetitivních, fyzicky náročných nebo nebezpečných činnostech. Ale než jsou nainstalovány, naprogramovány a nastaveny, často uběhne ještě hodně času. Velkým cílem je proto „automatizace automatizace“. To znamená, že nastavení a uvedení do provozu probíhá pomocí vhodných nástrojů mnohem automatizovaněji než dosud, což šetří čas a náklady.
Fraunhofer IPA představí od 24. do 27. června 2025 na Automatica v Mnichově celou řadu řešení, která také využívají technologie AI k výraznému zjednodušení a urychlení plánování, programování a zaškolování robotů tím, že tyto procesy (částečně) automatizují.
Softwarový rámec pro všechny stroje a zařízení
Vědci pod vedením Davida Breuniga z výzkumného týmu IT-architektury pro výrobu na Fraunhofer IPA vyvinuli softwarový rámec, který umožňuje firmám automatizovat celou svou výrobu. Programovatelné logické automaty (PLC), které dosud řídily provoz strojů a zařízení a jsou ve velkém množství instalovány v továrnách, se tak mohou stát nadbytečnými.
„Kdo dnes kupuje SPS od etablovaného výrobce, stává se závislým na jeho hardwaru, vývojovém prostředí a programovacím jazyce,“ říká Breunig, „a právě to chceme změnit naším softwarovým rámcem.“
Aby ukázali, jak tato softwarově definovaná automatizace funguje, vytvořili Breunig a jeho tým demonstrátor, který předvádí fungování a využití rámce. Návštěvníci si tak mohou na Automatica na obrazovce prohlédnout jednotlivé moduly softwarového rámce a sami vytvořit nebo optimalizovat automatizační projekt.
Společně s jednou kolegyní a dvěma kolegy plánuje Breunig, že se s tímto softwarovým rámcem osamostatní. Jejich start-up, retavi GmbH, oficiálně zahájí činnost na konci roku.
Flexibilně použitelní inteligentní mobilní manipulátory
Humanoidní roboti v současnosti získávají v médiích velkou pozornost a na Automatica také sehrají významnou roli. Podle studie Fraunhofer IPA v rámci centra pokroku AI „Učící se systémy a kognitivní robotika“ však mnoho firem projevuje jen malý zájem o to, aby roboti mohli chodit jako člověk. Místo toho vidí dotazovaní odborníci největší potenciál v tom, že humanoidní objekty by měly být schopny uchopit předměty podobně flexibilně jako člověk. A právě zde navazuje aktuální vývoj Fraunhofer IPA. Vzhledem k mnoha stupňům volnosti robotické ruky není efektivní programovat roboty pro tyto úchopové procesy obsáhle. Aby se tomu čelilo, Fraunhofer IPA zkoumá přístupy k rychlému a intuitivnímu naučení složitých úchopových a manipulačních pohybů.
Greifací procesy mohou být například natrénovány v simulaci a pomocí hlubokého posilovacího učení. V centru pozornosti není pouze řízení robotických rukou, ale zejména intuitivní instruování a nácvik nových aplikací pro plně flexibilní robotické systémy – včetně mobilních víceúčelových platforem s několika rameny a uchopovači. K tomu se používají moderní metody, jako je Imitation Learning a takzvané základní modely. Při tom jsou využívány přirozené jazykové instrukce, teleoperované provedení a lidsky demonstrované postupy k efektivnímu předávání robotických dovedností.
Demonstrační zařízení na výstavním stánku poskytuje praktický pohled na vybrané aspekty technologie a ukazuje příklady, jak lze centrální myšlenky z aktuálního výzkumu převést do praxe. Kromě toho se nabízí příležitost dozvědět se více o výzvách současných metod učení napodobováním a základních modelech, stejně jako o tom, jak může hybridní přístup cíleně vyplnit existující mezery kombinováním osvědčených, parametrizovatelných schopností robotů s metodami založenými na učení.
Flexibilní robotika pro manipulaci a dávkování kapalin
Převládající nedostatek kvalifikovaných pracovníků se také nevyhýbá laboratořím a zdravotnickým zařízením. Stávající personál tráví velkou část své každodenní pracovní doby monotónními rutinními úkoly, které zpožďují hodnotnější, hodnototvorné činnosti. Automatizační řešení jsou v tomto prostředí proto velmi žádaná. Systém „na míru“ je však většinou nevhodný, protože úkoly a objekty, se kterými je třeba manipulovat, jsou rozmanité.
Fraunhofer IPA proto vyvíjí přizpůsobitelnou softwarovou sadu pro autonomně působící laboratorní roboty, která umožňuje efektivně automatizovat takové rutinní práce. Například by měli být roboti schopni shromažďovat procesně relevantní spotřební zboží, samostatně dávkovat chemikálie nebo vzorky, získávat citlivé vzorky „just in time“ z chladicích nebo teplovzdušných skříní nebo, perspektivně, provádět experimenty zcela samostatně. K tomu musí robot zvládat úkoly, jako je lokalizace a uchopení různých nádob, přesné vážení různých kapalin a pevných látek, otevírání skříní a dveří a autonomní navigaci.
Na Automatica představuje Fraunhofer IPA aktuální stav vývoje na základě demonstrátoru, který automatizovaně dávkuje kapaliny různých viskozity a rozděluje je do definovaných cílových nádob.
Bezpečnou spolupráci mezi lidmi a roboty realizovat částečně automatizovaně.
Moderní automatizační řešení by měla být co nejflexibilnější vzhledem k malým sériím. To však také znamená, že bezpečnostní opatření musí být neustále přizpůsobována. Základem pro to jsou hodnocení rizik a CE označení – dva procesy, které jsou v současnosti stále velmi zdlouhavé a vyžadují mnoho odborných znalostí. Fraunhofer IPA proto vyvinulo nástroje jak pro plánovací, tak pro uživatelskou fázi, které zjednodušují a urychlují návrh bezpečnosti.
Výstavní exponát „CARA“ je nástroj pro fázi plánování, který rozsáhle podporuje při návrhu bezpečnosti. Pomáhá odborníkům s 3D simulací naplánovat a realizovat všechna potřebná bezpečnostní opatření již před uvedením zařízení do provozu v šesti krocích. CARA přitom zohledňuje parametry jako potenciální nebezpečí, bezpečnostní vzdálenosti a možnou interakci mezi člověkem a strojem. Nebezpečí kolize a sevření jsou automaticky identifikována. Následně nástroj navrhuje opatření ke snížení rizika.
Také v plánovací fázi pomáhají kolizní modely, které jsou určovány na automatizovaném zkušebním zařízení vyvinutém Fraunhofer IPA. Tyto modely se zabývají výzvou, že maximálně povolené síly a tlaky při možných kolizích omezují rychlosti a cyklické časy robotu, a tím mohou snižovat výkon zařízení. Síly, které se v provozu objevují, se však obtížně matematicky vypočítávají. Jakmile jsou vytvořeny, kolizní modely umožňují přesně odhadnout výkon již v plánovací fázi. CARA může na tyto modely navázat.
Intuitivní programování robotů pomocí nového uživatelského rozhraní
Programování robotů je stále často úzkým hrdlem, pokud jde o efektivní nastavení nebo přestavbu aplikace. Jak lze snížit potřebné odborné znalosti a jak lze roboty efektivně programovat i při vysoké variabilitě, ukazuje nové ovládací rozhraní na příkladu simulované demontážní aplikace na výstavním stánku. Ovládací rozhraní umožňuje sestavit jednotlivé dovednosti, tedy schopnosti robotů, do kompletní úlohy.
K tomu se používají stavební bloky dovedností ze softwaru „pitasc“ Fraunhofer IPA, které lze aplikovaně sestavit a kombinovat bez znalosti programování.
Automatizace v ultraclean prostředí: 2ndSCIN a Tested Device
2ndSCIN je patentovaný ochranný obal, který připravuje roboty a další pohyblivé automatizační komponenty pro ultraclean výrobu. Obal se skládá z propustné, pohyblivé a vícevrstvé textilie, která je ve své funkčnosti inspirována lidskou kůží. Textilní vrstva je vybavena senzory, které neustále měří parametry jako koncentraci částic, chemickou kontaminaci, tlak nebo vlhkost.
Algoritmy založené na umělé inteligenci vyhodnocují tato data ze senzorů a umožňují například prediktivní údržbu. V závislosti na aplikaci mohou být dvě nebo více textilních vrstev umístěny nad sebou, oddělené distančními prvky.
Mezi vrstvami může být například nasávána nebo odváděna vzduch. Takto mohou být odstraněny částice, které pocházejí z okolí nebo z automatizační komponenty. Přívod speciálních plynů do mezer systému například umožňuje jeho sterilizaci. Obal lze vyměnit přibližně za hodinu a po dekontaminaci může být znovu použit. „2ndSCIN je extrémně variabilní ve své konstrukci, takže můžeme realizovat individuální potřeby. Tímto způsobem reagujeme na mnohé požadavky na ochranné obaly vhodné pro čisté prostory, které dosavadní produkty nesplňují,“ vysvětluje Udo Gommel, vedoucí obchodní oblasti kritické kontaminace výroby na Fraunhofer IPA. On a jeho tým představí 2ndSCIN na Automatica.
Fraunhofer IPA již mnoho let nabízí také metody pro emise částic, odplynění, ESD a další požadavky. Pro zkoumané produkty je udělováno zkušební označení Tested Device, o kterém se mohou návštěvníci výstavy také informovat na stánku. Firmy obdrží s produktovým a zákaznickým specifickým zkušebním protokolem potvrzení o čistotě a vhodnosti pro čisté prostory jejich zařízení, přístrojů nebo spotřebního materiálu. Zkoumání zahrnuje výrobní prostředí atmosférické čisté prostory, suché čisté prostory a vakuové podmínky.
Kontakt:
