Frisches Denken für industrielle Maschinen.

Der Roboter-Mann

Der Weg von einem Kinderspielzeug zu industriellen Robotern, die in den gefährlichsten Umgebungen der Welt arbeiten können, ist ungewöhnlich. Philipp Norman hat es geschafft. Mit seinem Unternehmen Ross Robotics eroberte er den Robotermarkt. Einer seiner ersten Kunden war das CERN.

Philip Norman ist ein klassischer britischer Universalgelehrter. Er ist Architekt, Künstler sowie gefragter Autor und Illustrator von Kinderbüchern. Robotern kann man seiner Meinung nach zutrauen, dass sie viele Aufgaben zuverlässiger und kosteneffektiver erledigen als Menschen. Sie brauchen kein Essen. Ihnen wird nicht langweilig. Sie sind zufrieden damit, 24 Stunden am Tag zu arbeiten und beschweren sich nicht über die Arbeitsum- gebungen. Sie repräsentieren auch ein riesiges, wachsendes Marktpotenzial: Allein der Markt für Industrieroboter, der 2012 26,8 Mrd. Dollar betrug, soll nach jüngsten Schätzungen von Allied Market Research bis 2020 auf 40 Mrd. Dollar wachsen.

In anderen Worten: Roboter sind ein großes Geschäft – ein Geschäft, in das Philip Norman mit seiner im britischen Marlow ansässigen Firma Ross Robotics gerne neues Denken, neue Flexibilität und seinen Begriff von Modularität einbringen will.

Ursprünglich führte Neugier über die in der Natur vorzufindenden Konstruktionsprinzipien Norman vor fast zwei Jahrzehnten dazu, mit der Erforschung seiner Auffassung von 3D-Modularität zu beginnen. In den späten 90er Jahren, als er zu Hause kleine Kinder hatte, entwickelte er ein modulares Kinderspielzeug – aber mit einem Hintergrund außerhalb der Welt der Konstruktion neigte er immer dazu, seine Ideen in einem sehr traditionellen Prozess festzuhalten. „Ich habe das mit Tinte und verschiedenen Instrumenten wie Winkelmesser und Geodreiecken gezeichnet“, erklärt er. Als ich diese Zeichnungen einem befreundeten Ingenieur zeigte, der bei Aérospatiale große Jets konstruierte, schaute er, als ob er ein Gespenst gesehen hätte und sagte ‚Hast Du noch nichts von CAD gehört?´“ Mit heruntergeladenen 30- Tage-Testversionen war Norman nicht besonders gut klargekommen. Aber 2013 gab sein Freund ihm nach einer Party eine Steh-greifdemo von Solid Edge. Innerhalb von 24 Stunden war er vollkommen überzeugt. „Plötzlich sind alle meine Ideen in 3D lebendig geworden“, erinnert er sich. Mit diesem leistungsfähigeren Werkzeug in der Hand entwickelte Norman seine Idee von einem modularen Spielzeug weiter, verfeinerte und patentierte es.

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Neue Wege

Norman war kurz davor, es an den amerikanischen Spielwarenhersteller Hasbro zu verkaufen. „Am Ende kam das Geschäft nicht zustande“, sagt er. „Ich wurde nicht mit Geld überschüttet und stand mit dem Patent, den Zeichnungen und einem brennenden Problem in der Mitte meines Lebens. Ich fragte mich, was ich damit anfangen sollte.“ Die Antwort war schließlich, den Kern der Idee von Modularität aus der Welt des Spielzeugs, mit hohen Stückzahlen und geringen Margen, auf die Welt der Roboter, mit geringen Stückzahlen und hohen Margen zu übertragen. Philipp Norman verbrachte ein Jahr mit der Erforschung von Märkten, die seiner Ansicht nach am meisten profitieren würden und begann mit der Entwicklung eines modularen Robotiksystems, welches in Umgebungen arbeiten konnte, die für Menschen unzugänglich oder zu gefährlich sind.

„Mein Ziel bestand darin, ein System von Komponenten zu bauen, das im Dunklen auf einer Ölbohrplattform von jemandem montiert und angeschlossen werden konnte, der nichts von Robotern versteht und sie einfach nur arbeiten lassen will“, sagt er. Gleichzeitig, fügt er hinzu, sollte der entstehende Roboter sehr robust und erschwinglich sein, „sodass jeder, der einen brauchen kann, ihn auch kaufen und benutzen kann.“ Philip Norman sah sich die typischen Hersteller von Verbindungssystemen an, die diese Art von Aufgaben lösen konnten und grübelte darüber nach, was er zu einer Konstruktion beitragen sollte, das diese nicht bereits hätten. Schnell erkannte er, dass sein universelles Verbindungssystem, das er für seine Spielzeuge entwickelt hatte, rekonfiguriert und an die Welt der Roboter angepasst werden konnte. Im weiteren Verlauf, durch Forschungen im Bereich der Metallisierung von Plastik, erkannte er, dass diese mechanischen Verbindungen auch die Mittel sein könnten, durch welche Strom und Datensignale rund um den Roboter fließen.

Diese Kombination von Modularität und Konnektivität hat Ross Robotics ermöglicht, eine Reihe von Robotern zu konstruieren, die in allen möglichen Branchen komplexe Aufgaben verrichten. Das Unternehmen hat auch den Begriff „Robosynthesis“ geprägt und als Warenzeichen geschützt.

Philip Norman erklärt: „Robosynthesis ist buchstäblich die Synthese von Robotern. Bis heute werden Robotern auf einem weißen Blatt für eine bestimmte Aufgabe entwickelt, ein Ansatz, der aus der Philosophie der Produktentwicklung des Industriezeitalters stammt. Die Technologie der Robosynthesis basiert auf einer vollständig anderen Philosophie: Anstatt Roboter zur Erfüllung einer spezifischen Aufgabe zu entwickeln und fertigen, konstruieren und bauen wir generische Roboterblocks, die zur Erfüllung einer weiten Bandbreite von Aufgaben konfiguriert werden können.“

Diese Aufgaben werden im Allgemeinen von den Kunden definiert, sagt er. „Dieser Ansatz stellt das konventionelle Produkterzeugungsmodell auf den Kopf. Üblicherweise liefert der Hersteller ein Produkt, welches der Kunde adaptieren muss. Unser Ansatz berücksichtigt, dass der Kunde seine Anforderungen am besten kennt. Unser System wurde dazu entwickelt, sich an diese Anforderungen anzupassen.“

„Wir haben diesen Weg eingeschlagen, weil nach unserer Analyse eines der wichtigsten Hindernisse in der Entwicklung des aufkommenden mobilen Robotermarktes in der Herausforderung besteht, die verschiedenen Systeme zu integrieren, um die vielen verschiedenen, hochspezifischen mannlosen Systeme zu schaffen, die gefragt sind“, fährt er fort. Es gibt ein Bedürfnis, sagt er, dass mannlose mobile Systeme menschliche Wesen in rauen Umgebungen ersetzen. Diese finden sich in Branchen wie offshore Öl- und Gasförderung, Erzförderung, Katastrophenbereinigung, Außerbetriebnahme von Nuklearanlagen oder der Landwirtschaft. „Diese Bedürfnisse können nur erfüllt werden, wenn die Kosten der Integration, die zu erwartenden langen Vorlaufzeiten und die resultierende Komplexität für den Endanwender drastisch verringert werden.“

Gegenwärtig konstruieren Philip Norman und sein Team eine Reihe von Modulen für die Robotik-Plattform des Unternehmens, ausgehend von einer einzigen Energiequelle – dem Power Cube –, der sich direkt in jedes andere Modul integriert. Dieser kann Datensignale an eine Reihe von Bewegungssystemen weitergeben, von all-terrain Rädern bis zu Spezialpaddeln zur Bewegung von Rohren. Die modulare Art der Konstruktion erlaubt eine Wiederverwendung des Designs in vielen verschiedenen Maß- stäben. Philip Norman ist besonders stolz auf die Arbeit von Ross Robotics an dem Power Cube. „Wir arbeiten daran, dies ganz ohne Kabelbaum zu bauen. Innerhalb des Gehäuses sind Kontakte, die entmetallisiert werden, dies ergibt die Schaltkreise. Wir stellen unsere eigenen Batterien her, weil wir die Kundenwünsche zu geringeren Kosten erfüllen können. Wir kaufen lediglich diese Panasonic Zellen und verteilen sie in der Struktur“, sagt er. „Der Punkt ist, dass wir eine Batterie herstellen, jedes Zellenpaar in Bezug auf Leistungsmanagement überwachen und sie dann auf einem entmetallisierten Teil platzieren können, damit wir keine Verkabelung brauchen. Das senkt die Kosten, weil weniger montiert werden muss und robuster, weil weniger frei herumklappert.“

Nuklearforschung wurde aufmerksam

Einer der ersten Kunden von Ross Robotics war die Europäische Organisation für Nuklearforschung (CERN), die einen von Normans ersten Robotern einsetzt, um ständige Wartungsarbeiten in einer für Menschen sehr gefährlichen Umgebung auszuführen.

Die Beschaffenheit der Ross Robotics Plattform und die Verwendung von Plastik als Baumaterial bedeutet, dass das Gerät in der hochaufgeladenen, elektromagnetischen Atmosphäre des `Großen Hadronen-Speicherrings´, einem Teilchenbeschleuniger in Genf, operieren kann, wo andere, metallische Roboterlösungen versagen würden. Tatsächlich, sagt Norman, wird ein Metallrahmen, der einen Ross Roboter schützen sollte, nun als Türstopper im Büro seines Kunden verwendet, während seine Erfindung problemlos durch die Anlage fährt.

Die Beziehung zwischen CERN und Ross Robotics besteht immer noch. Im Moment arbeiten die beiden Organisationen gemeinsam an einer Reihe von Robotern, die selbst dann im Großen Hadronen Speicherring arbeiten können, wenn die Strahlungsintensität im Hintergrund zunimmt und die für Experimente erforderlichen magnetischen Felder stärker werden. „Für CERN besteht der Vorteil aus der Zusammenarbeit mit uns darin, dass unser System zu 100 Prozent verfügbar sein kann“, sagt Norman. „Ausfälle, wenn sie einmal auftreten, oder Upgrades und Modifikationen können in wenigen Minuten durch Auswechseln von Modulen erledigt werden. CERN verfügt nicht über die Ressourcen, eine große und komplexe Roboterflotte zu betreiben. Sie muss mit geringstem Aufwand und minimalen Kosten betriebsbereit gehalten werden. Ebenso kann CERN mit uns sehr spezifische Roboteranwendungen in einem Bruchteil der Zeit und der Kosten entwickeln, als auf dem konventionellen Weg des Engineerings.

Zukünftige Herausforderungen

Ross Robotics entwickelt daneben eine Reihe verkaufsfertiger Produkte, auf denen die Kunden aufbauen können. Sie fügen ihre eigenen Sensoren und andere Einrichtungen hinzu, um bestimmte Aufgaben zu lösen. Die EXTRM ist eine vollständig modulare Robotikplattform, die den Bau unterschiedlichster Roboter mit den gleichen Bauteilen ermöglicht. Wenn die Anforderungen wachsen, kann der Roboter rekonfiguriert werden, damit er zu neuen Umgebungen, Aufgaben und Kosten passt.

Der Roboter verfügt über vier Räder oder andere Fortbewegungsmöglichkeiten, eine zentrale Einheit, die es ermöglicht, Hindernisse zu überrollen, die ihn sonst auflaufen ließen und kann mit allen möglichen zusätzlichen Geräten ausgestattet werden, seien es Roboterarme, Kameras und Sensoren oder andere Geräte. Interessanterweise wiegt die Basisplattform nur etwas über 30 Kilogramm, kann zwei Stunden arbeiten (erweiterbar auf vier Stunden) und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von sechs Stundenkilometern.

Der iBOID ist ein Amphibiengerät, das ebenso schwimmen wie durch Gelände fahren kann und zu Beobachtungs- und Überwachungszwecken gedacht ist. Mit dem Wachstum des Geschäftes sieht Philip Norman neue Herausforderungen aufziehen. „Modulare Robotik erfordert eine ständige Wachsamkeit, um sicher zu stellen, dass die Modularität erhalten bleibt. Module müssen in vorhersehbaren und unvorhersehbaren Konfigurationen ohne Funktionalitätsverlust kombinierbar bleiben. Idealerweise sollte ein modulares System mindestens ebenso viel leisten, wie ein speziell für einen bestimmten Zweck entwickeltes“, erklärt er. „Wenn es spezifische Systeme übertreffen kann, dann bringt es ein Plus. Um diese zu erreichen, muss die modulare Architektur durchgängig sein - physikalisch, elektronisch und in der Software. Dies erfordert ein Durchdenken von Konfigurationsszenarien sowie eine enge Zusammenarbeit mit Elektronikern und Software-Entwicklern, ein Klarstellen der einzelnen Schritte während der Produktspezifikation und ein frühzeitiges Aufdecken von Unvereinbarkeiten.“

Ebenso bedeutet es, das Bewusstsein über verfügbare Technologien aufrechtzuerhal-ten und sie in den Prozess ein-zubringen, sagt er. „In einem belastbar modularen System müssen die physikalischen Elemente sich in verschiedenen Winkeln in drei Dimensionen verbinden lassen. Die Elektronik muss verteilt sein, weil es kein zentrales Element gibt. Die Software muss die Architektur verstehen und sich entsprechend anpassen.“

Trotz dieser Hindernisse geht Philip Norman enthusiastisch neue Geschäftsfelder an, während seine Firma ihre Flügel sowohl in der Kundenbasis als auch im Produktprogramm ausbreitet. „Wir beginnen mit der Arbeit in angrenzenden Gebieten, vor allem in Öl, Gas und Landwirtschaft, wo die Anforderungen darin bestehen, Kosten zu reduzieren und die Arbeitsmethoden stromlinienförmiger zu gestalten.“ Auf vielen Gebieten, sagt er, wird der Einsatz menschlicher Arbeit in dem Moment sinnlos, in dem Roboter sie übernehmen können. Kommen also die Roboter? Philip Norman scherzt: „Nicht die Roboter, sondern die modularen Roboter kommen!“ Al Dean / ee

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