Smart Factory ist keine Zukunftsvision, sondern in Teilen bereits Realität. Die Robotik spielt hier eine große Rolle. Dabei sprechen wir von autonomen sowie automatisierten Maschinen, die ihr Umfeld wahrnehmen, reagieren oder sogar interagieren. Ohne integrierte Sensoren wäre das nicht denkbar. Sie scannen die Szenerie und liefern die notwendigen Umgebungs- und Objektinformationen.

Die Industrieroboter übernehmen in modernen Fertigungshallen komplexere und umfangreichere Arbeitsschritte. Die Roboterarme bewegen sich immer agiler und autonomer. Die Maschinen verrichten nicht mehr nur starr eine vorprogrammierte Tätigkeit, sie sollen flexibel auf die individuelle Situation, Beschaffenheit oder Umgebung reagieren. Im Hinblick der Interaktion sowie Nähe von Mensch und Maschine steht bei der Robotik der Kollisions- und Personenschutz an erster Stelle.

Die Fertigungsanlagen müssen immer höhere Anforderungen und Sicherheitskriterien erfüllen. Mit hoch entwickelter Sensortechnologie gelingt es, zuverlässige Schutz- und Navigationsmechanismen zu etablieren. Dies rüstet die Robotik für freie Bewegungen oder plötzliche Veränderungen im Raum sowie präzise Handgriffe und Positionierungen. Maßgeblich hierfür ist eine genaue Abstandserkennung, die ohne Einschränkungen zu Verfügung steht. Denn die Folge von Fehlern sind Produktionsausfälle oder Verletzungen, die dem Industrieunternehmen teuer zu stehen kommt.

Sicher, exakt, schnell und individuell…

… für den Einsatz von Robotik erwarten wir Meisterleistungen der Technik. Aktuell bereiten jedoch einige Situationen den Umfeldsensoren noch Schwierigkeiten. Beispielsweise bewahrt die zweidimensionale Umfelderkennung die Maschine nicht vor Kollisionen mit hineinragenden Gegenständen, Lösungen mit vorprogrammierten Umgebungskarten versagen bei spontanen Hindernissen oder die Sensortechnik hat Probleme in einem rauen Umfeld oder Schieflagen.

Um die Herausforderungen der Roboteranwendungen zu meistern, beweist Radar großes Potenzial.  Die Weiterentwicklungen nehmen gerade volle Fahrt auf, da das Interesse des Marktes enorm steigt. Denn die Anwendungsmöglichkeiten sind sehr vielfältig. Endlich ist dank technischen Fortschritt die erforderliche Performance und Funktionalität zu attraktiven Preisen erzielbar.

In den Startlöchern, bereit für die Praxis

Was die Technik alles leistet, zeigt sich seit vielen Jahren in der Automotive Branche. Hier kommen hoch auflösende und integrierte Radarassistenzsysteme zum Einsatz, die zur sicheren Autofahrt und sogar zum autonomen Fahren beitragen. Die Industrie und Robotik  profitiert von den Entwicklungen, denn die technische Finesse ist auch auf die Nutzung in Fabriken übertragbar.  Wie auf der Straße sind die Industrieroboter in der Smart Factory in einem komplexen und frequentierten Umfeld eingebunden, müssen alles im Blick behalten und bei Ereignissen im Nahbereich schnell sein.

InnoSenT treibt seit Jahren die Weiterentwicklungen im Bereich Radar mit an. Mit der Möglichkeit der Sensorfusion, die Nutzung höherer Frequenzen und Verbesserungen der Auflösung ist nun Radar für Robotikanwendungen bestens aufgestellt. Innovative Radarprodukte ausgestattet mit unglaublich schneller Signalverarbeitung, intelligenten Algorithmen, exakter Messung und Objekttrennung halten sich bereit, um bisherige Sensorlösungen in den Schatten zu stellen.

Was spricht für Radar im Bereich Robotik

Die Messtechnik hat sich bereits in vielen Teilen unseres Lebens etabliert. Sie misst Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung, aber auch Entfernungen und Winkelposition von Personen oder Gegenständen. Mit Radar ist eine genaue Lokalisierung der Objekte möglich. Das Messprinzip der Technologie funktioniert außerdem unabhängig von Umweltbedingungen wie Licht- oder Wetterverhältnisse, was sie sehr zuverlässig macht.

Radarsensoren Objekte über vier Merkmale trennen: die Geschwindigkeit, die Distanz, die Winkelablage in Azimuth und in Elevation. Dies erlaubt eine dreidimensionale Umgebungserfassung. Die Radarsensoren haben eine höhere Toleranz gegen Kippung oder Schieflagen als ein Laserscanner. Dies sind wichtige Aspekte, insbesondere wenn die Sensorik für autonom tätige oder fahrende Maschinen Daten für die Navigation oder dem Kollisionsschutz ermittelt.

Außerdem liefert die hochauflösende Radardetektion qualitative Messergebnisse, mit denen Roboter millimetergenaue Positionierung und zuverlässige Ausweichmanöver bei der Navigation realisieren können. Die umfangreiche Datengrundlage ist ebenfalls für statistische Auswertungen dienlich und erweitert die Funktionalität. Dies ist zum Beispiel der Fall wenn die Sensorik nicht nur der Absicherung, sondern auch der berührungslosen Steuerung dient.

Radar detektiert Objekte mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen, die die Antenne aussendet und Gegenstände oder Personen reflektieren. Diese breiten sich in Lichtgeschwindigkeit aus. So erhält der Sensor kontinuierlich neue Informationen und erkennt kleinste Veränderungen in der Umgebung. Dank der Fortschritte im Bereich der Signalverarbeitung bieten die Radarsysteme extrem schnelle Messzyklen. Bei einer kurzen Time-To-Collision ein entscheidender Faktor, denn auf diese Weise reagieren die Maschinen bei Kollisionsgefahr frühzeitig und besser als der Mensch. Fortschrittliche Radarlösungen verfügen außerdem durch die komplexe Signalauswertung über eine Tracking- und eine Objektklassifikations-Funktion. Der Sensor hat gelernt, ob es sich dabei um eine Person oder ein Gegenstand handelt. Zudem lässt sich die Bewegungshistorie der detektierten Ziele darstellen.

Ein weiterer Vorteil der Radartechnologie ist die Reichweite und der anpassbare Erfassungsbereich. Die Sicht des Sensors ist so individuell an den Bedarf des Anwendungsfalls ausgelegt. Dies bietet auch Flexibilität bei der Montage, ohne Einschränkungen durch tote Winkel zu verursachen. Beispielsweise verfügen manche Radarsensoren über ein breites Field of View und mittlerer Reichweite, um den unmittelbaren Bereich um einer Maschine zu überwachen oder sogar einen Schutzzaun zu ersetzen. Andere wiederum detektieren bereits Objekte in weiter Ferne. Dies erlaubt das Monitoring einer ganzen Fabrikhalle. Ein schmaler Radarbeam ist für exakte Positionierungen dienlich. Ausschlaggebend für das Field of View ist das Antennendesign, welches je nach späteren Verwendungszweck von den Radarentwicklern vorab optimiert wird.

Die Messtechnologie bietet zudem einige nützliche Eigenschaften: Die Daten sind anonym, da sie nicht wie Videokameras ein visuelles, detailliertes Abbild ausgibt. Radar eignet sich hervorragend für Outdoor-Anwendungen, da Dunkelheit, Lichtreflexionen sowie Schnee, Regen, Eis, Nebel oder Wind keinen Ausfall der Detektion verursachen können. Auch herausfordernde Industrieumgebungen geprägt von Staub, Dreck, aggressive Materialien oder extreme Temperaturen meistert Radar zuverlässig.

All die Features der Radartechnologie rüsten die Sensorik optimal für den Einsatz im Bereich Robotik. Maschinen wie AGVs, Kräne, Gabelstapler, Offroad-Fahrzeuge, Roboterarme, Schienenfahrzeuge, Transportmittel und stationäre Produktionsmaschinen profitieren von einer zuverlässigen Rundumsicht.

Die Zukunft der Industrierobotik sieht mit Radar

Alle Weichen sind gestellt, der Nutzung von Radar für die Robotik steht dank technischer Weiterentwicklung nicht mehr im Wege. Und die Grenzen der Messtechnologie sind noch lange nicht ausgereizt – engagierte Forschungsarbeiten liefern bereits heute vielversprechende Ansätze für die Zukunft. Die Radarsensorik profitiert außerdem von Fortschritten in verwandten Technikbereichen wie die Chip-Technologie, künstliche Intelligenz und Softwareprogrammierung. Die Experten von InnoSenT beschäftigen sich intensiv damit, mehr aus der Radardetektion herauszuholen. Seit vielen Jahren beteiligt sich das Unternehmen an spannenden Förderprojekten und bringt dabei seine Radarexpertise mit ein – in der Robotik und Industrie Branche wie bei den Forschungsprogramme Netguard6P, Charm und RoboMove 3D. Doch auch die eigene Produktentwicklung für Robotik und Safety geht bei InnoSenT stetig voran.