Flexible Industrieroboter für eine widerstandsfähige Industrie
Projekt GANResilRob zur Weiterentwicklung von Produktionsrobotern mit generativer KI erfolgreich abgeschlossen
Forschungsschwerpunkt: Applied Artificial Intelligence
Industrieroboter sind präzise, beständig, robust und leistungsstark – aber nicht flexibel genug, um sich an wechselnde Bedingungen in der Produktion anzupassen. In Zeiten multipler Krisen der vergangenen Jahre wurde das noch einmal sehr deutlich. Das vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Projekt GANResilRob, das jetzt nach drei Jahren Laufzeit erfolgreich zu Ende ging, adressiert diese Herausforderung. Roboter in Industrieunternehmen sollen in unsicheren Situationen gleichermaßen resilient und flexibel sein. Der Schlüssel für die Überwindung des Mangels liegt in generativer Künstlicher Intelligenz (KI).
Der Trend weg von Lagerhaltung gefährdet die nahtlose Fortführung von Produktionsprozessen und damit die durchgehende Materialversorgungskette aufgrund von Lieferengpässen. Auch wenn alternative Lieferanten vorhanden sind, müssen die hoch spezialisierten Industrieanlagen schnell und möglichst ohne zusätzliche Expert*innen anpassbar sein. Dabei ändert sich der grundsätzliche Prozess meist nicht, es müssen jedoch teilweise Werkzeuge und die Abläufe angepasst werden.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelten die Projektbeteiligten des FZI Forschungszentrum Informatik eine KI-basierte Verarbeitungspipeline, mit der Roboter auch bei geänderten Abläufen schnell angepasst und weiter genutzt werden können. Damit tragen sie zu einer widerstandsfähigen Industrie im Sinne resilienter, adaptiver Produktionsprozesse bei.
Entscheidender Innovationssprung: Fl𝗲𝘅𝗶𝗯𝗹𝗲 𝗥𝗼𝗯𝗼𝘁𝗲𝗿 𝗱𝘂𝗿𝗰𝗵 𝗴𝗲𝗻𝗲𝗿𝗮𝘁𝗶𝘃𝗲 𝗞𝗜 𝘄𝗶𝗲 𝗟𝗟𝗠𝘀 & 𝗩𝗟𝗠𝘀
Die FZI-Lösung für die Verarbeitungskette kann aus einem bestehenden CAD-Modell (Computer Aided Design-Modell) automatisiert eine effiziente Montagereihenfolge generieren. Dabei werden für die notwendigen Schritte die entsprechenden Roboterfähigkeiten ausgewählt, sodass ein Roboter sie direkt ausführen kann. Eine kamerabasierte Erkennung erfasst die reale Montagesituation und kombiniert diese Information mit dem Montageplan. Ein nachgelagertes KI-Modul erstellt dann ein einsatzbereites Roboterprogramm – vollständig automatisiert und flexibel anpassbar an verschiedene Produkte oder Bauteile.
Der entscheidende Innovationssprung: die intelligente Nutzung von Large Language Models (LLM) und Vision-Language Models (VLMs) für das System ermöglicht eine schnelle, flexible Anpassung an wechselnde Aufgaben und Bedingungen. Der geänderte Ablauf muss dabei nicht aufwändig manuell programmiert werden. Damit wird eine neue Stufe der prozessübergreifenden Autonomie und der industriellen Resilienz erreicht, die in dynamischen industriellen Umgebungen einen echten Mehrwert liefert.
Use-Cases: Vakuumkammermontage und Demontage von Batterien für Recyclingzwecke
Das mit generativer KI ausgestattete System konnte in zwei Use-Cases eingesetzt und evaluiert werden. Dabei wurde sowohl ein Montage- als auch ein Demontageszenario erprobt.
Use-Case 1: Flexible Vakuumkammermontage
Die Basis lieferte die Erfahrung von Pfeiffer Vacuum + Fab Solutions GmbH, ein international agierender Maschinenbaukonzern mit dem Spezialfeld Vakuumpumpensysteme und -komponenten. Durch die FZI-Lösung konnten Handhabungsschritte bei der Montage von Vakuumkammern abgeleitet werden und eine Automatisierung mit zwei Roboterarmen stattfinden.
Vakuumkammern sind oft Einzel- und Sonderanfertigungen. Durch das flexible Auswählen von Montagefähigkeiten auf Basis erkannter Arbeitsschritte wird ein flexibler Montageprozess umgesetzt, der auch schnell auf geänderte Derivate adaptiert werden kann.
Use-Case 2: Robotergestützte, automatisierte Batterie-Demontage als Beitrag für die Kreislaufwirtschaft und Sicherheit
Die Wissenschaftler*innen des FZI entschieden sich bewusst für den Use-Case der automatisierten Zerlegung von Elektroaltgeräten: mit einer erfolgreichen fünftägigen Realtestung im Unternehmen Electrocycling GmbH in Goslar. Vor Ort wurde ein System aufgebaut und getestet, das Heizkostenverteiler für das Recycling zerlegt und die enthaltene Batterie entfernt. Unterstützt wurde das FZI-Team vom regionalen Partner REWIMET e. V.
Durch den Technologietransfer unterstützen die FZI-Forschenden wirtschaftlich tragfähige Kreislaufprozesse. Neben der Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen garantiert die Roboter-Demontage auch die sichere Entsorgung von Gefahrenstoffen aus Lithium-Ionen-Batterien und minimiert das Brandrisiko bei der weiteren Verwertung. Die Automatisierung gestaltet den bislang oft manuell durchgeführten, gefährlichen Schritt skalierbar, effizient und sicher.
Kooperation gewünscht: Austausch und Kommunikation zum Thema
Sie arbeiten an oder mit flexiblen Fertigungssystemen, KI in der Produktion oder robotergestütztem Recycling? Sie möchten sich mit uns austauschen oder mit uns kooperieren? Dann melden Sie sich bei unserem FZI-Ansprechpartner David Timmermann.
Über das FZI
Das FZI Forschungszentrum Informatik mit Hauptsitz in Karlsruhe und Außenstelle in Berlin ist eine gemeinnützige Einrichtung für Informatik-Anwendungsforschung und Technologietransfer. Sie bringt die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse der Informationstechnologie in Unternehmen und öffentliche Einrichtungen und qualifiziert für eine akademische und wirtschaftliche Karriere oder den Sprung in die Selbstständigkeit. Betreut von Professor*innen verschiedener Fakultäten entwickeln die Forschungsgruppen am FZI interdisziplinär für ihre Auftraggeber Konzepte, Software-, Hardware- und Systemlösungen und setzen die gefundenen Lösungen prototypisch um. Mit dem FZI House of Living Labs steht eine einzigartige Forschungsumgebung für die Anwendungsforschung bereit. Das FZI ist Innovationspartner des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und strategischer Partner der Gesellschaft für Informatik (GI).