ROS – Robot Operating System Pilz-Module für Service-Robotik sind auf Mobilität ausgelegt

Pilz ist ein Unternehmen, dem es stets gelingt, Innovationen auf den Markt zu bringen und neue Standards zu setzen. Genauso vielversprechend sind die neuen Service Robotik Module.

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Pilz GmbH & Co. KG

Innovationskraft ist ein wesentliches Merkmal des Mittelständlers: Seit Jahren investiert Pilz 20 % seines Umsatzes in Forschung & Entwicklung. „Die Innovationskraft liegt in der DNA unseres Unternehmens“, erklärt die geschäftsführende Gesellschafterin Susanne Kunschert. Allein am Stammsitz investierte Pilz in den letzten vier Jahren 67,5 Mio. Euro, davon rund 30 Mio. Euro in Gebäude und den Rest von 37,5 Mio. in technische Anlagen und Betriebsausstattung. Hinzu kommen weitere 39,5 Mio. Euro an Investitionen in Entwicklungs- und Produktionsstandorte weltweit. Susanne Kunschert: „Daher sind wir gut gerüstet für die kommenden Anforderungen des Marktes.“ Als Komplettanbieter für die sichere Automation bietet Pilz, dessen Name weltweit als Synonym von Mensch, Maschine und Umwelt steht, Automatisierungslösungen für alle Industrien.

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Mit der Komponente zum System

Das Wachstum wurde 2018 vor allem getragen von der Sensorik, den Dienstleistungen und den Schaltgeräten. Das Portfolio steht unter einem Leitgedanken: Mit der Komponente zum System. „Denn bei der sicherheitstechnischen Ausstattung von Maschinen kommt es nicht auf einzelne Komponenten, sondern auf deren Zusammenspiel an“, zeigt Susanne Kunschert auf. So bietet das Unternehmen hier unter anderem komplette Lösungen für Safety und Security. Traditionell Wert wird ebenfalls auf eine ausgewogene Mischung im Produktportfolio gelegt: Dazu gehören am Markt etablierte Produkte, die von Kunden stark nachgefragt werden – etwa das weltweit am meisten eingesetzte Sicherheitsschaltgerät PNOZ – sowie neue, zukunftsträchtige Produkte.

Service Robotik Module ausgelegt auf Mobilität

Aktuell: die im letzten Jahr der Öffentlichkeit vorgestellten Service Robotik Module. „Ich darf mich über einen erfolgreichen Eintritt in die Welt der Robotik-Module freuen“, sagt Thomas Pilz, geschäftsführender Gesellschafter. Eingesetzt werden sollen diese sowohl in der Industrie als auch außerhalb. „Denn schließlich können Service Roboter dem Menschen auch außerhalb der Fabrikhalle assistieren“, findet Thomas Pilz wichtig. Dennoch gibt es einen klar zugeschnittenen Fokus – die Module für die Service-Robotik sind auf Mobilität ausgelegt.

Intralogistik – Zukunft der Service Robotik

Ein Alleinstellungsmerkmal ist die 24-VDC-Stromversorgung für das Manipulator-Modul. Damit ist es auch für den Akkubetrieb geeignet, was enorme Vorteile bei mobilen Anwendungen bringt, zum Beispiel in Verbindung mit Fahrerlosen Transportsystemen (FTS oder engl. AGV). Mögliche Anwendungsgebiete liegen insbesondere in der Intralogistik. Thomas Pilz: „Hier sehen wir sehr großes Potenzial. Das ist unserer Meinung nach die Zukunft der Service Robotik.“

Service-Robotik in der Fabrikhalle

Bestehend aus einem modularen Baukasten kann sich der Anwender seine individuelle Roboterapplikation zusammenstellen. „Denn in der Robotik werden flexible Lösungen nachgefragt – also kompakte, vielseitige Assistenten statt massive Montage-Roboter“, erklärt Thomas Pilz. Dadurch würden sich die Grenzen zwischen Service- und Industrie-Robotik zunehmend auflösen. Service-Roboter sollen dem Menschen bei körperlich belastenden oder monotonen Arbeiten „zur Hand gehen“ und damit entlasten. Ein Service-Roboter kann genauso einen Arzt bei der Visite unterstützen, wie einen Facharbeiter in der Industrie zum Beispiel bei Wartungsarbeiten. Der Markt der Service-Robotik ist – getrieben von einer großen Zahl an Start-ups – stark in Bewegung und hoch innovativ. Deshalb hat Pilz sich für einen offenen Ansatz mit den entsprechenden physischen und virtuellen Schnittstellen entschieden.

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Passend für die Industrie – ROS by Pilz

Genutzt werden ROS-Pakete mit ausgewählten Funktionen, die als Robotersteuerung für das Manipulator Modul notwendig sind.

Die Vorteile von ROS (Robot Operating System) umfassen neben dem Open-Source-Charakter, also der offenen Verfügbarkeit des Quelltextes, die Verwendung von modernen Programmiersprachen wie Python oder C++. Es ist das geeignete Framework für komplexe Applikationen, in denen verschiedene Sensoren und Aktoren beliebiger Hersteller unterschiedliche Aufgaben übernehmen und komplex entwickelte Algorithmen steuern. Dafür wird eine standardisierte Kommunikationsschicht benötigt. ROS kann also herstellerübergreifend eingesetzt werden und bietet ganz im Sinne von Industrie 4.0 ein vernetztes, interoperables System.

Viele Roboterhersteller lassen ihre ROS-Pakete extern entwickeln. Im Fall von Pilz stammen die Pakete dagegen direkt vom Hersteller und übernehmen die Steuerung – und nicht nur das Absetzen von Befehlen an die herstellerspezifische Robotersteuerung. Die Antriebselektronik ist im Manipulator integriert und reagiert direkt auf die Sollwerte der ROS-Pakete. Das bietet dem Kunden alle Freiheiten bezüglich der Bahn- und Bewegungsplanung. Pilz unterstützt zudem aktiv die ROS-Community, nicht nur durch Programmierung von Paketen, sondern mit Pull-Requests und der Dokumentation von zentralem Code im ROS-Wiki. Seinen Kunden bietet Pilz Produktsupport für die eigenen ROS-Pakete.

Baukasten für Service-Robotik

Die Module umfassen zunächst das Manipulatormodul PRBT, das Steuerungsmodul PRCM sowie das Bedienmodul PRTM und die ROS Module. Wesentliche Merkmale sind Offenheit, des Software-Frameworks ROS, anwenderfreundliche Bedienung und schnelle Inbetriebnahme. Manipulatormodul, Steuerungsmodul sowie Bedienmodul bilden zusammen ein von der DGUV zertifiziertes Paket nach ISO10218-1 und bringen damit alle Voraussetzungen für die Umsetzung sicherer Roboterapplikationen mit. Das erleichtert den Weg zur obligatorischen CE-Kennzeichnung. Zu den Einsatzgebieten gehören beispielsweise Pick-and-Place-Anwendungen sowie modulare Roboterzellen in der Industrie. Das sechsachsige Manipulatormodul ist ein von Pilz entwickelter Roboterarm mit einer Traglast von 6 kg und einem Gewicht von 19 kg.

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Offen, anwenderfreundlich und vielseitig

Aber wie profitiert der Anwender von der Offenheit? Dank unterstützenden Tutorials kann der Nutzer sich sehr schnell in die Pakete einarbeiten. So wird auch ein mechanischer Integrator ohne Expertenkenntnisse in der Programmierung mit ROS dazu befähigt, seine Roboterapplikation individuell einzurichten. Das kann beispielsweise für kleine und mittelständische Unternehmen interessant sein, die Roboter einsetzen möchten, um den Automatisierungsgrad in ihrer Fertigung zu erhöhen. Ein Systemintegrator hat es mit dem Framework einfacher, Komponenten unabhängig vom Hersteller zu integrieren und Applikationen umzusetzen. Mit ROS wird zudem die Umsetzung von Roboterapplikationen wie Palettieren, Conveyor Tracking oder auch eine kamerabasierte Objekterkennung möglich.

„Der Modulcharakter und unser offener Ansatz zeichnen das Angebot aus. Ergänzt um unsere Antriebstechnik PMC, unsere sichere Sensorik PSEN, Security-Lösungen wie die PITmode und die SecurityBridge, sowie das IIoT-Gateway RevPI für die Anbindung an eine Cloud, können wir auch FTS-Herstellern einen kompletten Baukasten für mobile Roboter-Anwendungen bieten“, fasst Thomas Pilz zusammen.

ROS spricht eine einfache Sprache

Für Anwender, die die speziellen Programmiersprachen aus der Industrie nach EN 61131 nicht kennen, ist es zudem von Vorteil, dass ROS-Pakete unter anderem mit der Programmiersprache Python realisierbar sind. Denn Python gilt als einfach zu erlernen. Eine Python Programmierschnittstelle erlaubt außerdem die einfache Verwendung der MoveIt!-Schnittstelle – einem Tool zur Bahn- und Bewegungsplanung. MoveIt! plant anhand eines Umgebungsmodells und der Zielposition die Bahn des Pilz Manipulators. Pilz stellt dort die Roboterkinematik bereit, damit die konkrete Anwendung des Manipulators im 3D-Visualisierungs-Tool RViz oder in einer Simulationsumgebung wie z. B. Gazebo vor der Kaufentscheidung modelliert werden kann. Damit spart der Kunde Zeit und Kosten bei einer virtuellen Inbetriebnahme des realen Roboters. Der modulare Charakter des Pilz Service Robotik Angebots unterstützt ebenfalls eine schnelle Inbetriebnahme nach dem Plug-and-Play-Prinzip. So erhalten auch neue Anwender schnell und erfolgreich ihre Service-Robotikapplikation.

BUCHTIPPDas Buch „Industrieroboter“ ist ein Handbuch für KMU mit Tipps und Tricks zum Thema Robotereinsatz. Es werden die wichtigsten Grundlagen der Robotertechnik vermittelt und Methoden erläutert, wie bewertet werden kann, ob sich ein Produkt oder Prozess durch Robotereinsatz automatisieren lässt.

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Info: ROS Industrial Consortium

Das ROS Industrial Consortium ist ein Zusammenschluss von Industrieunternehmen, die ROS für Anwendungen in der Industrie einsetzen und fördern wollen. Die Initiative zählt weltweit rund 65 Mitglieder vom Startup bis zum Konzern und von Forschungseinrichtungen bis zum industriellen Endanwender. In Europa werden die Aktivitäten vom Fraunhofer IPA koordiniert. Zu den Aktivitäten gehört beispielsweise das Forschungsprojekt Easy Cohmo (Ergonomics Assistance Systems for Contactless Human-Machine-Operation), in dessen Rahmen Fraunhofer IPA gemeinsam mit Pilz und weiteren Verbundpartnern eine gestengesteuerte Programmierung entwickelt. Durch die Mitgliedschaft im ROS Industrial Consortium, die Kooperation mit Forschungseinrichtungen und die Mitarbeit an ROSIN, einem EU-geförderten Projekt zur Erhöhung der Qualität von ROS, setzt Pilz Standards für die Nutzung im industriellen Bereich.

Hohe Qualität und Standards für die Industrie

Open Source birgt auch Herausforderungen: Grundsätzlich kommen ROS-Pakete innerhalb der Community von unterschiedlichen Autoren. Deshalb reicht die Qualität der Pakete von undokumentierten Bausteinen bis zu professionellen und qualitativ hochwertigen Projekten. Ein hoher Qualitätsstandard seiner ROS Module ist Pilz sehr wichtig, deshalb wird die Software nach den industriellen Qualitätskriterien und Anforderungen des ROS Industrial Consortiums entwickelt und getestet. Hochwertige ROS-Pakete erleichtern für den Anwender die Systemintegration, da die Pakete gut dokumentiert sind und unterstützende Tutorials zur Verfügung gestellt werden.

Somit können auch Anwender ohne Expertenwissen in der Programmierung ihre individuelle Roboterapplikation mit ROS einfach umsetzen. Der modulare Ansatz erlaubt es unterschiedliche ROS-Pakete für eine Anwendung zu kombinieren und bietet dadurch hohe Flexibilität für die Gestaltung von Robotikanwendungen. Dadurch, dass das Open-Source-Framework herstellerübergreifend einsetzbar ist, bietet es die nötige Offenheit, um Roboterapplikationen im Sinne von Industrie 4.0 umzusetzen.

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Industrial Usability Day Maschinen müssen einfach zu verstehen und bedienen sein – aber wie werden sie benutzerfreundlicher? Und was bringt die Usability? Auf dem Industrial Usability Day erfahren Anwender, wie sie die optimale Mensch-Maschine-Interaktion gestalten.
Mehr Infos: Industrial Usability Day

Dossier Robotik Ausgabe 2018

Robotik in der Automatisierung

* Dr. Manuel Schön, Product Management Controller, Pilz

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