Roboterforschung Anti-Stotter-Bremse macht Roboterbewegungen präziser

Würzburger Forscher nutzen moderne Kommunikationsmethoden, um die Arbeit mit vernetzten Industrierobotern zu optimieren. Hier mehr dazu.

Wenn ein Roboter ein empfindliches Bauteil einem anderen Roboter zu übergeben hat, sollte sein Greifarm zur rechten Zeit am rechten Ort sein. Denn schon bei einer Zehntelsekunde Abweichung oder einem Zentimeter mehr oder weniger kann das wertvolle Stück möglicherweise am Boden landen und Schaden nehmen, schicken die Forscher von der Würzburger Universität voraus. Gut also, wenn die Roboter miteinander kommunizieren können – im Idealfall drahtlos und im ultraschnellen 5G-Netz. Schlecht, wenn im entscheidenden Moment aber eine große Metallplatte durch die Halle transportiert wird und die mobile Datenübertragung kurzfristig stört. Dann beginnen die Roboter quasi zu stottern. Damit soll aber jetzt Schluss sein.

Die Fabrik der Zukunft – ein hoch flexibles Kommunikationsnetzwerk

Dass es zu solchen Störungen also erst gar nicht kommt, wollen Informatikspezialisten der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in einem neuen Forschungsprojekt „Konvergierte deterministische Industrienetze in heterogenen Umgebungen mit Campus-5G“ oder kurz Kosinu5 erreichen. Verantwortlich dafür ist Professor Tobias Hoßfeld, Inhaber des JMU-Lehrstuhls für Informatik III mit dem Schwerpunkt „Kommunikationsnetze“. Auch Siemens und Infosim arbeiten mit, wie es weiter heißt.

In der Fabrikhalle der Zukunft sollen dann alle Bereiche miteinander kommunizieren, was sich vom Lager über die Roboter und die Fließbänder bis zum Versand spannen wird, so die Vision von Hoßfeld. Gleichzeitig müsse die Produktion aber flexibler werden, weshalb die Fabrikhallen in der Lage sein sollten, von einem bestimmten Produkt schnell mal eben ein einziges Stück herzustellen, in Loßgröße 1 also, was auch noch ohne langes Umprogrammieren und Umstellen passieren sollte.

Drahtlose Kommunikation wird so stabil wie die kabelgebundene

Damit das funktioniert, muss die Kommunikation zwischen den einzelnen Bausteinen der Produktionsketten in Echtzeit und extrem zuverlässig ablaufen, betont Hoßfeld. Weil mobile Roboter außerdem schlecht an einem Kabel angebunden sein können, muss diese Kommunikation folglich drahtlos ablaufen. Ein 5G-Netz, das nicht ans Internet angeschlossen sei, könne diese Bedingungen erfüllen (sogenannte 5G-Campus-Netze) – zumindest im Prinzip, merkt Hoßfeld an. Denn die kabelgebundene Kommunikation sei immer zuverlässiger als eine drahtlose.

5G-Ausbau

Leitprojekt entwickelt Baukasten für offene 5G-Campusnetze

Im Rahmen von Kosinu5 wollen er und sein Team in den kommenden drei Jahren nun Systeme entwickeln, die in der Lage sind, solche Anforderungen zu erfüllen. Gleichzeitig sollen diese Systeme standardisiert und skalierbar ein, damit sie im Prinzip von jedem Unternehmen eingesetzt werden können. Und zwar unabhängig davon, wie groß die jeweilige Produktionskette ist und wie viele „Kommunikatoren“ vernetzt werden. Dazu wollen die Informatiker auch noch den Beweis antreten, dass ihre Systeme garantiert funktionieren und alles tatsächlich in Echtzeit abläuft, wie es heißt.

So fließen auch verschieden schnelle Daten nach Wunsch

Im Prinzip gleiche dieses System einem Verkehrsleitsystem für eine Stadt, erklärt Hoßfeld. Doch werden es keine Fahrräder, Autos, Busse und dergleichen sein, sondern Datenpakete, die unterwegs sind. Doch auch von diesen gebe es langsamere und schnellere Exemplare, weshalb bisweilen sämtliche „Ampeln auf Grün“ geschaltet werden, damit alles pünktlich am Ziel eintreffen kann, sagt Hoßfeld. Keinesfalls darf es aber zu einem Stau, wenn einmal ein erhöhtes „Verkehrsaufkommen“ zu verzeichnen ist.

Datenmengen von bis zu 100 Gigabit pro Sekunde fließen dann in Spitzenzeiten in den Kommunikationsnetzwerken. Dementsprechend sei eine extrem schnelle Reaktionszeit unabdingbar, damit der Fluss nicht unterbrochen wird. Für einen reibungslosen Datenversand in solchen Industrienetzen planen die Informatiker deshalb, für jeden Datentyp eine eigene Spur mit einer individuellen Richtgeschwindigkeit bereit zu stellen. Dazu befinden sich an „Verkehrsknotenpunkten“ quasi „Mautstellen“, die eilige Transporte priorisieren und bevorzugt „durchwinken“, beschreibt der Würzburger Experte. Die Regelung findet dabei an sogenannten Switches statt, an deren Entwicklung und Programmierung momentan gearbeitet wird.

SD-WAN-Infrastruktur

Performantes und sicheres Netz für schnellen Datentransfer im Unternehmen

Der nächste Schritt könnte über die Cloud gehen

In den kommenden drei Jahren werden die Informatiker nach eigenen Angaben in Fabriken vor Ort den realen Datenverkehr messen und analysieren. Zusätzlich wollen sie am Lehrstuhl ein Labor mit einem 5G-Netzwerk einrichten, an dem neue Entwicklungen getestet werden.

Gleichzeitig ist man sich sicher, dass das Thema „Störungsfreie Kommunikation in Echtzeit“ damit nicht abgeschlossen sein wird. Schon jetzt habe die Forschung nämlich Fragen identifiziert, die man mit diesem Projekt nicht wird beantworten können. Eine davon lautet etwa, ob die Echtzeitkommunikation auch klappt, wenn man dabei über die Cloud geht. Die entsprechenden Wünsche der Industrie in diesem Punkt lägen jedenfalls schon jetzt auf Hoßfelds Labortisch.

Das Projekt wird übrigens vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gefördert. Von den bewilligten 1,8 Millionen Euro fließt etwas mehr als eine halbe Million Euro an Hoßfelds Lehrstuhl.

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