Leistungen und Kompetenzen

Roboter, intelligente Maschinen und Automatisierungslösungen unterstützen sowohl in der Industrie als auch bei Dienstleistungen im professionellen oder privaten Bereich. Ihre Einsatzgebiete sind überall dort, wo monotone, gefährliche, teure oder für Menschen unangenehme und beschwerliche Aufgaben anfallen. Zudem können sie uns im Alltag entlasten, indem sie bei haushaltsüblichen Aufgaben unterstützen oder Kommunikations- und Interaktionsmöglichkeiten bieten. Durch die Digitalisierung, verbesserte Algorithmen, neue Sensoren und technische Vernetzungsmöglichkeiten werden Robotertechnologien laufend optimiert, um ihren Einsatz noch sicherer und effizienter zu gestalten.

Das Fraunhofer IPA bietet Lösungen von der Strategiefindung über Soft- und Hardware-Entwicklung bis zur finalen Systemintegration. Kurzum: Wir helfen bei allem, was es braucht, um Roboter für Ihre spezifische Herausforderung bestmöglich einzusetzen.

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    Die Automobilproduktion ist seit Jahrzehnten ein Innovator und Treiber automatisierter Produktionsprozesse. Viele Systeme und Technologien haben sich hier erstmals etabliert und konnten sich daraufhin auch in anderen Branchen durchsetzen. Roboteranwendungen für die Automobilbranche sind daher ein Schwerpunkt der Forschung am Fraunhofer IPA. 

    Im Forschungsschwerpunkt einer vernetzten Produktion entwickeln wir cyberphysische Produktionssysteme und Lösungen für eine sich rekonfigurierende, wandlungsfähige Automobilproduktion, zum Beispiel mithilfe mobiler Roboter oder Lösungen der Mensch-Roboter-Kollaboration. Gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern arbeiten wir in der Forschungsfabrik »ARENA2036« an Technologien für die Automobilproduktion der Zukunft.

    • Mehr zu »Automotive« am Fraunhofer IPA
    • Mehr zu unserer Arbeit auf dem Forschungscampus »ARENA2036«
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    Robotertechnologien können in Kliniken und Pflegeeinrichtungen das Personal unterstützen und entlasten und damit zu einer besseren Versorgung von Patienten und Bewohnern beitragen. Stationäre Roboterarme werden beispielsweise im OP oder für die Diagnose eingesetzt. Mobile Roboter können für Transport- und Reinigungsaufgaben genutzt werden, als intelligente Pflegehilfsmittel oder für die direkte Interaktion mit pflegebedürftigen Personen im Kontext von therapeutischen oder Aktivierungsfunktionen.

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    Reinigungsroboter bieten das Potenzial, Routineaufgaben wie die regelmäßige Bodenreinigung oder einfache Handhabungsfunktionen zu automatisieren und damit das zunehmend knapper werdende Personal zu entlasten. Desinfektionsroboter können Herausforderungen wie beispielsweise im Rahmen der Corona-Pandemie entgegenwirken. Für einen wirtschaftlichen Einsatz spielen dabei insbesondere die Autonomie und die damit verbundene Effizienz der Roboter beim Einsatz im öffentlichen Raum eine wichtige Rolle.

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    Neben den bereits etablierten Anwendungen wie Staubsaug- und Rasenmährobotern gibt es zunehmend Serviceroboter, die ältere oder pflegebedürftige Menschen bei der Aufrechterhaltung ihrer Selbständigkeit unterstützen. Dafür müssen die Roboter einfach und intuitiv bedienbar sein, Nutzer und Umgebung zuverlässig visuell erfassen und in diesem dynamischen Umfeld sicher autonom agieren.

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    Roboter bieten aufgrund ihrer mechanischen Flexibilität, Traglast, Präzision und Wiederholgenauigkeit enorme Möglichkeiten, um Produktionen effizienter zu machen. Gleichzeitig wird die eingesetzte Software immer besser – und bedienerfreundlicher. Zu den entsprechenden Forschungsbereichen und Angeboten des Fraunhofer IPA:

    Wir helfen dabei, die hohen Prozessanforderungen an eine (teil-)automatisierte Montage mithilfe von Robotern erfüllen zu können.

    Präzision, hochgenau kalibrierte Systeme sowie eine einfache und flexible Programmierung sind hier besonders wichtig:

    Nicht Berge, sondern Objekte versetzen: Wir haben den Greifplanungs-Werkzeugkasten für alle Fälle. Unter dem Begriff AI Picking bieten wir eine Vielzahl intelligenter Handhabungslösungen an, wie u.a. das industrieerprobte Bin Picking System bp3™, KI-basierte modellfreie, modellbasierte und hybride Greifplanungslösungen für Industrie- und Servicerobotikanwendungen, KI-basierte Objekterkennungs- und -lageschätzungmethoden, intelligente Methoden des Einpackens (Bin Packing) und Palettierens sowie spezialisierte KI-Techniken z. B. zur Segmentierung von Verpackungsmaterialien oder die Auflösung von Objektverhakungen beim Greifen.

    Bei der Applikation von Lacken sind besonders Konsistenz und Präzision gefragt:

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    Künstliche Intelligenz (KI) und insbesondere Machine Learning (ML) ermöglicht durch selbständiges intelligentes Lernen, Roboteranwendungen voranzubringen, die wegen ihrer Variantenvielfalt bislang nicht wirtschaftlich zu automatisieren sind. Auf lange Sicht ist es unser Ziel, ein Ökosystem zu entwickeln, in dem sich Roboter einerseits über digitale Zwillinge der Produktionsumgebung und andererseits in der realen Produktionsumgebung selbst programmieren und organisieren können.

    Um KI für Roboteranwendungen einsetzen zu können, entwickeln wir Lösungen zu Themen wie der Objekterkennung, dem Materialfluss oder der Vernetzung mobiler Roboter. Im Zentrum für Kognitive Robotik erforschen wir gemeinsam mit Unternehmen, wie Roboter kognitive, also wahrnehmende, Fähigkeiten erhalten können, um in der Industrie und im Dienstleistungsbereich effizienter unterstützen zu können. 

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    Die Landwirtschaft ist ohnehin bereits stark technologisiert und der Schritt von einer teilautonomen, datenbasierten Anwendung hin zur Robotik oft naheliegend. Autonome Feldroboter können Arbeiten rund um den Pflanzenschutz übernehmen und dabei durch gezielte Datenerhebung die Informationslage der Landwirte zur Nutzpflanze und zum Boden verbessern. Durch intelligente Entscheidungen und pflanzenspezifische Applikationen können zunehmend chemische Pflanzenschutzmaßnahmen reduziert oder vollständig substituiert werden, um die umliegende Flora und Fauna besser zu schützen und qualitativ höherwertige Produkte zu erzeugen. Daran forschen wir beispielsweise mit sieben weiteren Fraunhofer-Instituten im Leitprojekt »Cognitive Agriculture«.

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    Viele Aufträge, zeitnahe Lieferungen oder auch der schnelle Transport für effiziente Produktionsketten: Die Automatisierung in der Logistik boomt und ermöglicht, Waren oder Bauteile effizient zur richtigen Zeit am richtigen Ort bereitzustellen. Smarte Produkte, Behälter oder Fördersysteme, die in der Lage sind, sowohl untereinander als auch mit Mitarbeitern zu kommunizieren und zu interagieren, sind dabei ein wesentlicher Enabler für die Entwicklung hin zu autonomen, wandlungsfähigen Intralogistiksystemen.

    Zu den gefragten Automatisierungslösungen zählen zum Beispiel die Aufnahme, der Transport oder auch das Packen von Waren. Die Schlüsseltechnologien: autonome Navigation, (mobile) Manipulation, 3D-Bildverarbeitung und sichere Mensch-Roboter-Interaktion.

    Im »Werk 150« in Reutlingen wird der Wandel hin zur smarten Logistik u.a. durch Assistenzroboter und Fahrerlose Transportsysteme erforscht und demonstriert.

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    Mensch und Roboter werden seit einigen Jahren immer mehr zum Team. Während der klassische Industrieroboter sicher eingehaust fern des Menschen arbeiten muss, bieten die zahlreichen Modelle an Leichtbaurobotern und neue Sicherheitstechnologien, beispielsweise in der Sensorik, die Möglichkeit, dass Roboter und Mensch im gleichen Arbeitsraum parallel oder sogar gemeinsam arbeiten. Wir erarbeiten mit Ihnen die für Sie passende Anwendung mit Mensch-Roboter-Kooperation und beraten Sie umfassend zu allen Fragen der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit.

    Ein noch engeres Team werden Mensch und Roboter, wenn es um körpergetragene Systeme geht: Prothesen, Orthesen oder Exoskelette können die Mobilität erhalten, steigern oder wiederherstellen. Unsere Anwendungen sind neben dem Gesundheitswesen auch auf die Industrie spezialisiert. Dort führen nicht ergonomische Arbeitsbedingungen, wie das ständige Heben von schweren Gegenständen, häufig zu Muskel-Skelett-Erkrankungen. Um diesen vorzubeugen, können biomechanische Systeme Werkerinnen und Werker bei schwerer körperlicher Arbeit mechanisch unterstützen. Eine unserer Lösungen ist die Technologie-Plattform Stuttgart Exo-Jacket. Das modulare Exoskelett, das die oberen Extremitäten stützt, ist aktuell auf die Handhabung in der Logistik ausgelegt. In Zukunft wird es Nutzerintentionen anhand von Biosignalen automatisch erkennen können.

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    In hygienekritischen Produktionsumgebungen ist die Vermeidung von mikrobiellen und partikulären Verunreinigungen des Endprodukts eine zentrale Anforderung. Die Auswahl geeigneter Materialien und die geometrische Gestaltung von Anlagen haben einen entscheidenden Einfluss auf deren Eignung für die reine Produktion.

    Unsere Entwicklung »2ndSCIN®« ist ein System zur Ertüchtigung von Produktionsanlagen, die nicht speziell für reinheitskritische Abläufe konzipiert sind. Durch die individuelle, flexible Einhausung mittels durchströmbaren Textilschichten werden höchste Reinheitstauglichkeiten erreicht. Integrierte Sensornetzwerke erlauben ein KI-basiertes Monitoring zur stetigen Zustandsbewertung.

    Für die Absicherung von hinreichend reinen Produktionsbereichen ist eine objektive, praktikable und aussagekräftige Bewertung der reinheitsrelevanten Eigenschaften von sämtlichen Reinraumkomponenten, Anlagen und Verbrauchsmaterialien besonders wichtig. Im Rahmen von »TESTED DEVICE®« werden u.a. Produktionsanlagen wie Roboter auf ihre Reinheits- und Reinraumtauglichkeit getestet und zertifiziert.