Studierende machen Industrieroboter wieder fit

UPB KARL Balancieren 20261105
Bild: Universität Paderborn

Ein Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und Studierenden am Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn hat im Projekt ‚Knickarmroboter in der Lehre‘ (Karl) Industrieroboter modernisiert und als Demonstratoren für KI-gestützte, praxisnahe Robotikanwendungen in die Lehre gebracht. Für die Beteiligten spielte dabei das Thema Nachhaltigkeit eine wichtige Rolle: Die Roboter waren zeitweise ungenutzt und sollten mit möglichst geringem Aufwand modernisiert werden. Im Ergebnis hat das Team zwei Knickarmroboter mit neuer Sensorik ausgestattet und wieder lauffähig gemacht. Sie stehen direkt und ohne großen Einarbeitungsaufwand für die Lehre zur Verfügung. Die Aufbau-, Instandsetzungs- und Inbetriebnahmearbeiten wurden am Lehrstuhl für Regelungstechnik und Mechatronik (RtM) von wissenschaftlichen Mitarbeitenden und studentischen Hilfskräften durchgeführt und in drei studentischen Abschlussarbeiten vertieft.

Roboter, die selbst lernen

Projektmitarbeiter Niklas Fittkau erklärt: „Unser Ziel war es, eine hybride Lern- und Arbeitsumgebung aus realen Robotern mit Sensorik und einer Simulationsumgebung mit KI-Anwendungen zu schaffen. Studierende sollten damit theoretische Inhalte praktisch erproben. Insbesondere Methoden des ‚Reinforcement Learning‘ spielten eine wichtige Rolle.“

Reinforcement Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, bei dem Agenten durch Interaktion mit ihrer Umgebung lernen, Entscheidungen so zu treffen, dass ihre Belohnung maximiert wird. Die Projektbeteiligten erläutern dies anhand einer Robotersteuerung: Der Agent wählt anhand von Sensordaten eine Aktion für den Roboter, erhält dann eine Belohnung als Rückmeldung, etwa für eine kollisionsfreie Bewegung, und lernt so durch Ausprobieren, wie er ein vorgegebenes Ziel erreichen kann. Den Agenten selbst könne man sich beispielsweise als neuronales Netz vorstellen, so die Forschenden.

Die Knickarmroboter, genauer ein 6-Achs-Industrieroboter von Kawasaki sowie der 7-Achs-Roboter Franka Emika Panda, wurden im Labor aufgebaut, instandgesetzt und in modernen Softwareumgebungen wieder einsatzfähig gemacht. Für den Kawasaki-Roboter erprobte das Team zunächst die Steuerung in einer simulierten Umgebung und entwickelte anschließend eine eigene Schnittstelle, über die sich der Roboter aus beliebiger externer Software ansteuern lässt. Darauf aufbauend wurden Bewegungsabläufe geplant, vom Roboter ausgeführt und die Ergebnisse bewertet.

Beim Franka Emika Panda untersuchte das Team die Übertragbarkeit von Reinforcement Learning auf reale Roboteranwendungen. Dies wurde an zwei Beispielen demonstriert: Zum einen sollte Reinforcement Learning die Bahnplanung mit dem stichprobenbasierten Verfahren ‚Rapidly-exploring Random Tree‘ (RRT) ersetzen. Zum anderen zeigte das Balancieren einer Kugel mit dem ‚Soft-Actor-Critic‘-Algorithmus (SAC), wie sich Reinforcement Learning am Roboter direkt umsetzen lässt. In einer weiteren Studienarbeit entstand aus dem Roboter und vorhandener Sensorik des Lehrstuhls ein Pick&Place-System, das Objekte auf einem Drehteller erkennt, greift und an Zielpositionen auf einem zweiten Drehteller ablegt, während sich beide Teller bewegen.

Einblick in Robotik- und Automatisierungstechnik

Für die Lehre wurden Demonstrationsvideos zu den Grundlagen von Knickarmrobotern aufgenommen und Robotersysteme für Vorlesungen bereitgestellt. „Karl zeigt, wie vielfältig der Weg vom ersten Programmierbefehl bis zum autonomen, wahrnehmenden Robotersystem sein kann. Das Team hat dabei den gesamten Entwicklungszyklus durchlaufen und eine Plattform aufgebaut, die Studierenden einen realistischen Einblick in die Robotik- und Automatisierungstechnik gibt“, so Fittkau. Die entwickelten Simulations- und Ansteuerungsumgebungen bilden die Grundlage für den weiteren Einsatz in Lehrveranstaltungen, insbesondere für praktische Reinforcement-Learning-Übungen. Außerdem könne die interdisziplinäre Zusammenarbeit gestärkt und die Förderung nachhaltigen Maschinenbaus weiter vorangetrieben werden, erläutern die Projektbeteiligten abschließend.



  • Fusionen und Übernahmen 2019 stabil auf niedrigem Niveau

    Fusionen und Übernahmen 2019 stabil auf niedrigem Niveau

    Deutsche Unternehmen waren im Jahr 2019 an weniger Fusionen und Übernahmen beteiligt als im Vorjahr. Für die zweite Jahreshälfte ermittelte der ZEW-Zephyr M&A-Index sogar den tiefsten Stand seit Beginn der…

    mehr lesen: Fusionen und Übernahmen 2019 stabil auf niedrigem Niveau

  • Arbeitsmarktbarometer fängt sich auf niedrigem Niveau

    Arbeitsmarktbarometer fängt sich auf niedrigem Niveau

    Nach seinem Tiefststand im Vormonat, ist das IAB-Arbeitsmarktbarometer im Mai wieder leicht gestiegen.

    mehr lesen: Arbeitsmarktbarometer fängt sich auf niedrigem Niveau

  • Neuer Vertriebspartner nah am SAP-Markt

    Neuer Vertriebspartner nah am SAP-Markt

    Die Feinplanungsspezialistin Dualis GmbH IT Solution will mit einer neuen Vertriebspartnerschaft ihre Position im SAP-Umfeld stärken. Cpro IoT Connect vertreibt und implementiert künftig die APS-Lösung Ganttplan als Platinum-Partner.

    mehr lesen: Neuer Vertriebspartner nah am SAP-Markt

  • SAP kündigt Travel Management-Alternative auf S/4Hana an

    SAP kündigt Travel Management-Alternative auf S/4Hana an

    Reisekostenmanagement mit SAP-Software ist weiterhin On-Premise möglich. Nach dem Druck der SAP-Anwendervereinigung DSAG hat SAP angekündigt, die Lösung Travel Management auf die Hana-Plattform zu migrieren. Damit können Firmen den Wechsel…

    mehr lesen: SAP kündigt Travel Management-Alternative auf S/4Hana an

  • Riverbed ernennt Andreas Riepen zum Regional Vice President

    Riverbed ernennt Andreas Riepen zum Regional Vice President

    Andreas Riepen übernimmt die Position des Regional Vice President Sales für die DACH-Region beim IT-Unternehmen Riverbed.

    mehr lesen: Riverbed ernennt Andreas Riepen zum Regional Vice President

  • Kaspersky identifiziert Angriffe auf Industriezulieferer

    Kaspersky identifiziert Angriffe auf Industriezulieferer

    Wie der IT-Security-Anbieter Kaspersky berichtet, wurden Unternehmen weltweit über zielgerichtete Phishing-Mails angegriffen, bei denen die Angreifer das Mimikatz-Programm nutzten. Kaspersky hat diese Angriffe analysiert.

    mehr lesen: Kaspersky identifiziert Angriffe auf Industriezulieferer

  • Lieferketten kommen wieder in Gang

    Lieferketten kommen wieder in Gang

    In einer 5. Blitzumfrage des VDMA zeigt sich, dass sich die Lieferketten der deutschen Maschinenbauer nach und nach erholen. Die Branche hat jedoch weiterhin mit Auftragseinbußen zu kämpfen.

    mehr lesen: Lieferketten kommen wieder in Gang

  • Wie kann ein passendes Produkt-Service-System aussehen?

    Wie kann ein passendes Produkt-Service-System aussehen?

    Die Grenze zwischen Produkt und ergänzender Dienstleistung verschwimmen zunehmend und produzierende Unternehmen vollziehen den Wandel vom Produkt- zum Service- bzw. Lösungsanbieter. Wie sich solche sogenannten Produkt-Service-Systeme (PSS) entwickeln und damit…

    mehr lesen: Wie kann ein passendes Produkt-Service-System aussehen?

  • Sinkendes Vertrauen unter Cyberkriminellen

    Sinkendes Vertrauen unter Cyberkriminellen

    Der IT-Security-Anbieter Trend Micro hat Erkenntnisse zu cyberkriminellen Aktivitäten sowie dem Handel mit Produkten und Dienstleistungen im Cyberuntergrund veröffentlicht.

    mehr lesen: Sinkendes Vertrauen unter Cyberkriminellen

  • Unternehmen mit steigenden Erwartungen

    Unternehmen mit steigenden Erwartungen

    Nach dem Rückgang im vergangenen Monat legt der Ifo-Geschäftsklimaindex im Mai wieder zu. Dabei haben sich vor allem die Erwartungen für die kommenden Monate verbessert.

    mehr lesen: Unternehmen mit steigenden Erwartungen

  • PLM-Lösungen im Vergleich

    PLM-Lösungen im Vergleich

    Im Marktspiegel ‘Business Software PLM/PDM 2020/2021‘ werden mehr als 40 PLM-Lösungen hinsichtlich ihrer Funktionen untersucht.

    mehr lesen: PLM-Lösungen im Vergleich

  • „Das hohe Maß an Flexibilität und Kreativität sollte uns positiv in die Zukunft blicken lassen“

    „Das hohe Maß an Flexibilität und Kreativität sollte uns positiv in die Zukunft blicken lassen“

    Die Corona-Krise stellt die Globalisierung auf den Prüfstand. Für VDI-Präsident Volker Kefer ist die Situation Herausforderung und Chance zugleich. Im Interview spricht er über die Lage des Technikstandorts Deutschland heute…

    mehr lesen: „Das hohe Maß an Flexibilität und Kreativität sollte uns positiv in die Zukunft blicken lassen“