Industrieroboter sind zuverlässig, lassen sich jedoch nur schwer fernsteuern. Augmented Reality eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen in sensitiven Umgebungen, so etwa in der Pharma- und Halbleiterindustrie. Helbling hat eine praxisnahe, kundenorientierte Lösung entwickelt, die Bedienende schützt und Prozesse kontaminationsfrei hält.
Die Herausforderung: Fernwartung in sensitiven Umgebungen
In manchen Industrien stellen menschliche Eingriffe ein Sicherheitsrisiko dar und die bedienenden Personen dürfen den gefährlichen Bedingungen nicht ausgesetzt werden. In anderen Branchen – etwa der Pharmaindustrie oder der Halbleiterfertigung – ist der Bedienende selbst das Risiko: Schon minimaler menschlicher Kontakt kann die Produktintegrität gefährden oder höchste Reinheitsanforderungen verletzen.
All diese Entwicklungen machen Konzepte besonders interessant, bei denen Robotersysteme direkte manuelle Eingriffe vollständig ersetzen und dadurch die Kontamination erheblich reduzieren. In der Pharmaindustrie gewinnt der sogenannte Gloveless Isolator an Bedeutung, während in der Halbleiterindustrie automatisierte Wafer-Handlingsysteme seit Jahrzehnten etabliert sind. Die Fähigkeit zur Fernwartung, zur Diagnose und Behebung von Störungen ohne direkten menschlichen Eingriff ist daher keine Kür, sondern eine betriebliche Notwendigkeit.
Helbling-Teams haben für diese Fälle definiert, was eine wirksame Lösung leisten muss. Mithilfe ihrer Expertise in Augmented und Virtual Reality (AR und VR) sowie Robotik wurde ein neuer Ansatz entwickelt. Ein konkreter Anwendungsfall wird nachfolgend beschrieben und in einem Video demonstriert.
Der Ansatz: Augmented Reality trifft Industrierobotik
Industrieroboter haben ihre Zuverlässigkeit in Produktionsumgebungen für repetitive Aufgaben längst unter Beweis gestellt. Wenn die bedienende Person jedoch manuell eingreifen muss – etwa im Rahmen einer Störungsbehebung –, wirken traditionelle Steuerungsmethoden wie Teach Pendants umständlich. Ein intuitiveres Interaktionsmodell ist gefragt.
Die Inspiration hierfür stammt aus neuartigen Robotikkonzepten, bei denen intuitive, bewegungsbasierte Steuerung mittels Augmented Reality (AR) oder Virtual Reality (VR) gezeigt hat, dass komplexe Robotersysteme natürlich und effizient bedient werden können. Diesen Ansatz auf Industrieroboter anzuwenden, eröffnet eine überzeugende neue Möglichkeit: Die bedienende Person, die sich sicher ausserhalb des sensitiven Bereichs befindet, steuert einen Roboterarm in Echtzeit über AR – sie sieht, was der Roboter sieht, führt ihn präzise und behebt Störungen, ohne den sensiblen Bereich je zu betreten.
Die technische Lösung: Architektur und Toolchain
Die Lösung basiert auf einer modularen Architektur, die eine AR-Schnittstelle über eine Kommunikationsschicht mit einem industriellen Roboterarm verbindet.
Im Kern besteht das System aus drei Hauptkomponenten. Das AR-Headset – im Beispiel ein Meta Quest 3 – erfasst die handgehaltenen Controller der bedienenden Person und übersetzt deren Bewegungen in Echtzeit in Robotersteuerungsbefehle. Eine Middleware-Schicht übernimmt die Kommunikation zwischen der AR-Schnittstelle und dem Robotercontroller und gewährleistet einen latenzarmen und zuverlässigen Datenaustausch. Den Abschluss bildet der industrielle Roboterarm – im Beispiel ein kollaborativer P-Rob Eco von F&P. Dieser führt die Befehle mit der Präzision aus, die industrielle Umgebungen erfordern.
Eine zentrale Stärke der Lösung sind ihre zwei komplementären Betriebsmodi. Wenn keine direkte Sichtlinie zum Roboter besteht, trägt die zuständige Person das Headset und interagiert mit einem virtuellen Zwilling des Roboters, der per Kamerasystem im Sichtfeld eingeblendet wird. Dabei handelt es sich um ein präzises digitales Abbild, das den Zustand des realen Roboters in Echtzeit spiegelt. Wenn eine direkte Sichtlinie vorhanden ist, kann das Headset am Hals getragen werden und dient dabei ausschliesslich als Tracking-Gerät für die handgehaltenen Controller. Dies ermöglicht es, den Roboter intuitiv aus jeder Position im Raum zu steuern. Natürliche Handbewegungen führen den Arm direkt.
Diese modulare Systemarchitektur hält die Lösung bewusst flexibel und hardware-agnostisch, sodass sie sich an verschiedene Roboterhersteller, AR-Plattformen und Anlagenlayouts anpassen lässt. Somit steht diese Lösung für ein klares Bekenntnis zum praxisnahen und kundenzentrierten Ingenieuransatz von Helbling dar.
Helbling Showcase
Der Showcase demonstriert ein repräsentatives Störungsszenario: das Greifen eines kleinen Fläschchens (Vials), das auf einer pharmazeutischen Fill-&-Finish-Linie aus der Position geraten ist. Dies ist ein typischer, aber anspruchsvoller Eingriff, der ein hohes Mass an Geschicklichkeit in einer meist dicht belegten Umgebung erfordert. Hier können Handschuhports eine zusätzliche Leckagequelle darstellen, Hände können den Luftstrom stören und die sterile Umgebung kompromittieren.
In der Testanlage befindet sich die bedienende Person ausserhalb des Isolators und verwendet die Controller, um den Roboterarm präzise zur Position des Vials zu führen und es zu greifen, ohne den sensiblen Bereich je zu betreten. Bei direkter Sichtlinie gelingt die Bergung flüssig und positionsunabhängig. Bei eingeschränkter Sicht bietet der virtuelle Zwilling eine zuverlässige und präzise Alternative.
Das nachfolgende Video zeigt die Lösung im Einsatz.
Fazit: Helblings Engineering-Kompetenz erschliesst durch die Verbindung von High-Tech-Disziplinen neue Möglichkeiten
Dieses Projekt zeigt exemplarisch, was Lösungen von Helbling auszeichnet: Eine reale betriebliche Herausforderung wird mit einem pragmatischen, kundenzentrierten Ingenieuransatz gelöst. Durch die Verbindung ausgereifter Industrierobotik mit intuitiver AR-Steuerung ist eine Lösung entstanden, die sich auf ein breites Spektrum sensitiver Umgebungen und Branchen übertragen lässt.
Helblings Fachleute unterstützen jederzeit Organisationen, die vor ähnlichen Herausforderungen stehen, und erörtern, wie dieser Ansatz auf spezifische Anforderungen zugeschnitten werden kann.
Autoren: Dr. Franck Robin, Fabian Schneider
Hauptbild: Helbling
