Lara, Mav und Maira: die neuen Roboter von Neura Robotics

Der kognitive Cobot

Maira heißt der neue kognitive Cobot, der zusammen mit dem Leichtbauroboter Lara und dem FTS Mav das Portfolio von Neura Robotics ergänzt. Dabei handelt es sich um eine Kinematik, die nicht nur alle modernen Features von heutigen Cobots vereint, sondern geradezu kognitive Eigenschaften besitzt. Der Roboter reagiert auf Gesten sowie Ansprache und hat ein genaues Bild von seiner Umwelt im ‚Kopf‘. Beste Voraussetzungen für eine echte Zusammenarbeit von Mensch und Maschine.

(Bild: Neura Robotics GmbH)

Neura Robotics hat im Rahmen einer Online-Veranstaltung drei neue Produkte vorgestellt: den kollaborativen Leichtbauroboter Lara, das fahrerlose Transportsystem Mav und den kognitiven Cobot Maira. Das globale Headquarter des Unternehmens ist im chinesischen Shenzhen, darüber hinaus gibt es einen Innovationspark für KI und Robotik in Foshan. Seit ca. zwei Jahren gibt es auch hier in Deutschland ein über 50-köpfiges, multinationales Team, das nun die Entwicklung der neuen Robotergeneration sowie die zukünftige Strategieplanung für die westliche Welt für den Gesamtkonzern verantwortet. In Deutschland hat Neura Robotics seinen Hauptsitz in Metzingen. Dazu gehört außerdem ein Entwicklungszentrum in Hamburg.

Fahrerloses Transportsystem Mav (Bild: Neura Robotics GmbH)

Lowcost-Cobot und FTS

Durch den Online-Launch der neuen Produkte führte CEO David Reger. Der erste Teil der Veranstaltung drehte sich um die bereits in ROBOTIK UND PRODUKTION 1/2021 vorgestellten Roboter Lara und Mav. Der Leichtbau-Cobot Lara ist in zwei Versionen verfügbar, einmal mit 80cm Reichweite und 5kg Traglast und einmal mit 100cm Reichweite und 10kg Traglast. Der Sechsachser ist nach IP66 geschützt und soll sich in erster Linie durch seinen günstigen Preis, leichte Bedienbarkeit und hohe Präzision auszeichnen. Auch der mobile Roboter Mav verfügt über eine intuitive Nutzeroberfläche. Er lässt sich nicht nur traditionell über ein User Interface, sondern auch per Gesten oder Stimme steuern. Das 400kg schwere FTS mit einer Traglast von 1,5t, einer Genauigkeit von ±5mm und einer maximalen Geschwindigkeit von 2m/s ist von seinen Maßen her auf gängige Palettengrößen angepasst. Es verfügt über eine Akku-Laufzeit von 12h und ist in etwa einer Stunde wieder komplett aufgeladen. Aufgrund eingebauter Laserscanner und 3D-Kameras verfügt das FTS über drei Sicherheitszonen, innerhalb derer 360° um den mobilen Roboter herum Hindernisse sowie Objekte jeder Art erkannt werden können. Praktisch für den Einsatz in Industrie und Lager sowie Handel ist die Kombination aus Mav und Lara sowie Mav und Maira in der Lage, mobile Manipulationsaufgaben durchzuführen, wodurch flexiblere Produktionsabläufe gestaltet werden können als mit rein stationären Manipulatoren.

Cobot mit kognitiven Eigenschaften

Last but not least präsentierte Reger den neuen Roboter Maira, den es in in Ausführungen mit sechs oder sieben Achsen gibt. Drei verschiedene Größen stehen zur Wahl: S (18kg/1m), M (15kg/1,4m) und L (11kg Traglast/1,6m Reichweite). Die Kinematik weist neben der IP65-Schutzklasse eine hohe Steifigkeit auf. Zusätzlich sind alle Kabel und Medien im Inneren verlegt, um Störquellen bei der Applikationsdurchführung zu vermeiden – darunter befinden sich drei Anschlüsse für Luft sowie die Schnittstellen Ethercat, Modbus, Can, IO Link und GpiO. Maira bietet eine maximale Geschwindigkeit von 4,5m/s. Der Roboter verfügt über individuell programmierbare Status-LEDs an jeder Achse. Die Wiederholgenauigkeit liegt bei bis zu ±0,01mm. „Das wirklich Einzigartige ist aber die spezielle, im Kopf verbaute Sensorik sowie das Sicherheitskonzept Safe Human Detection“, erklärte der CEO. Denn hier wurden nicht nur der Kraftsensor und ein Touch-Bedienfeld, sondern auch eine Force-Sensitive Skin, ein 3D-Mikrofonarray für die Spracherkennung sowie optional eine 3D-Vision-Kamera integriert.

Leichtbauroboter Lara (Bild: Neura Robotics GmbH)

Smarte Algorithmen und Funktionen

Das erlaube ganz neue Wege der Programmierung: Neben HMI oder Freihandführung lässt sich Maira auch per Sprachbefehl oder Gesten steuern. Durch eine Record-Funktion kann das Teachen per Hand aufgenommen werden. Das gilt auch für die dabei aufgewendete Kraft, denn Maira verfügt über einen selbstentwickelten 6-DoF-Force-Torque-Sensor im Roboterflansch. Über einen 3D-Voice-Sensor reagiert der Cobot auf Sprachbefehle und antwortet dem Bediener auch, um eine für Menschen natürliche Kollaboration zu ermöglichen. Es gibt mehrere Touch Buttons und eine sensible Touch Skin für das Programmieren linearer Bewegungen. Auf dem Graphical User Interface lassen sich Trajektorien per Drag&Drop erstellen und mittels Digital Twin des Roboters alle Bewegungen vorab simulieren. In jedem Fall verspricht der Hersteller durch die intuitive Benutzeroberfläche eine unkomplizierte Inbetriebnahme, ohne dass Expertenwissen benötigt wird. Parallel lassen sich aber auch verschiedene Programmiersprachen nutzen, z.B. ROS und Python. Die offene Software Architektur erlaubt es fortgeschrittenen Usern, tief in das System einzugreifen und erleichtert dadurch die Entwicklung eigener Anwendungen. Angereichert mit smarten Algorithmen erlaubt der Roboter Funktionen wie automatische Objekterkennung bzw. Identifikation oder das Picken bekannter und unbekannter Objekte.Weiterhin ist er in der Lage eine Kartierung der Umgebung vorzunehmen, welche ein digitales Abbild der Umwelt und der dort befindlichen Objekte erzeugt.

Neuartiges Sicherheitskonzept

Neura Robotics hat für seinen kognitiven Cobot nicht nur ein eigenes Motorenkonzept und Encoder-Design entwickelt, sondern auch das Sicherheitskonzept Safe Human Detection, mit dem eine Zertifizierung nach Kat3/SIL3/Pld angestrebt wird. Laut Hersteller erkennt der Cobot einen in der Nähe befindlichen Menschen, egal welchem Teil des Roboters er sich nähert. Zudem sei Maira auch in der Lage, dafür zu sorgen, dass das im Endeffektor eingespannte Werkzeug den nötigen Sicherheitsabstand zum menschlichen Bediener hält, egal um welches Werkzeug es sich handelt, egal in welcher Anwendung und unter welchen Umgebungseinflüssen der Cobot zum Einsatz kommt. (fiz)

Interview: CEO David Reger über die USPs von Maira

ROBOTIK UND PRODUKTION: Während Sie Ihren Cobot Lara unter anderem als Lowcost-Cobot bezeichnet haben, wurde auf der offiziellen Produktvorstellung nichts über den Preis von Maira gesagt. Wie sieht denn die Preisstruktur Ihrer Roboter aus?

David Reger: Aufgrund der vertikalen Ausrichtung unseres Portfolios können wir eine attraktive Preisgestaltung für unsere Produkte vornehmen. Somit bieten wir Lara in der 5kg-Variante für 15.000€ und die 10kg-Version für 21.000€ in der Basisausführung an. Aufgrund der großen Anzahl an verbauten In-House-Komponenten können wir Maira Pro S für 31.900€ mit der Basisausstattung und für 42.500€ in der All-Inclusive-Ausführung anbieten. Maira Pro M bieten wir in der Basisversion für 33.900€ und in der All-Inclusive-Version für 44.500€ an. Maira Pro L hat einen Basispreis von 35.900€ und einen All-Inclusive-Preis von 45.500€. Unsere Roboter lassen sich modular je nach den Anforderungen des Kunden ausstatten. Außerdem gibt es neben Hardwareoptionen auch Softwarepakete.

„Sobald unser Roboter
eingeschaltet wird, wissen wir,
ob Menschen in der Nähe sind.
Wir kennen den Abstand zu
jedem Teil des Roboters.“ David Reger, CEO Neura Robotics (Bild: Neura Robotics GmbH)

ROBOTIK UND PRODUKTION: Eine Eigenschaft von Maira haben Sie in Ihrem Produkt-Launch immer wieder betont: die hohe Präzision. Wie erreichen Sie diese? Wie hoch ist die Absolut- und wie hoch die Wiederholgenauigkeit tatsächlich?

Reger: Die hohe Präzision ergibt sich aus dem Zusammenspiel von mehreren Faktoren. Das Doppelgabelkonzept gewährt unserer Kinematik eine hohe Steifigkeit, die die Grundvoraussetzung für hohe Präzision bildet. Weiterhin haben wir zusätzliche Designelemente wie eine Honey-Comb-Struktur für unsere Gußteile entwickelt. Als zweite Komponente kommt unsere selbstentwickelte Encoder-Technik zum Einsatz, die eine höhere Auflösung als die sonst gängigen, in Cobots verbauten Geber liefert. Wir haben zusätzliche Sensorik in unseren Achsen verbaut, die uns Daten liefert, die positive Effekte auf unsere Präzision haben. Zu guter Letzt kommen wir auf die Genauigkeit zu sprechen. Hierfür haben wir einen Kalibrierungsansatz entwickelt, der klassische Modellierungsmethoden mit modernen Ansätzen aus dem Machine Learning verheiratet und somit neben der durchaus guten Präzision eine hohe Genauigkeit liefert und robust gegenüber sich ändernden Umgebungseinflüssen ist. Zusätzlich haben wir eine In-Field-Calibration-Methode entwickelt, die ohne teures Equipment, wie z.B. Laser Tracker, und ohne große Expertise genutzt werden kann, um den Roboter bei Bedarf im Feld bezüglich der Umgebungseinflüsse zu kalibrieren. Kommen wir nun zu den Fakten: Maira verfügt über eine Wiederholgenauigkeit von 6 bis 10µm. Unsere Absolutgenauigkeit liegt bei 0,2mm.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Sie haben für Maira ein eigenes Encoder-Design sowie ein spezielles Motorenkonzept entwickelt. Könnten Sie dies bitte noch etwas genauer ausführen?

Reger: Unsere Encoder liefern eine Auflösung von 25Bit. Wir planen, sie zeitnah als eine eigene Produktserie zu vertreiben, da wir erkannt haben, dass es eine große Nachfrage nach solch hochauflösenden Encodern in anderen Branchen gibt und wir positive Erfahrung mit der Integration in Produkte von ausgewählten Partnern gemacht haben. Unsere Motoren werden bei uns Inhouse entwickelt und gefertigt. Die hohe Produktionstiefe unseres Unternehmens erlaubte es uns, während der Prototyping-Phase mit einem hohen Tempo verschiedene Motordesigns zu evaluieren, wodurch wir unsere Systeme hinsichtlich der Performance verbessern konnten. Dadurch, dass wir viele Komponenten, wie die Encoder, Motoren, Kraftsensoren und andere Sensoren, selbst fertigen, können wir hochperformante Robotersysteme anbieten.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Maira kann nicht nur einen Menschen in der Nähe erkennen, sondern auch sicherstellen, dass das im Endeffektor eingespannte Werkzeug den nötigen Sicherheitsabstand hält. Wie erreichen Sie das?

Reger: Unsere Safe Human Detection ist eine Eigenentwicklung, die Menschen von anderen Objekten in der Umgebung trennen und unterscheiden kann. Der Sensor verfügt über einen 360°-Rundumblick und kann Menschen auf einer Distanz von 3m sicher detektieren. Die redundante Auslegung des Systems entspricht den gängigen Grundlagen der funktionalen Sicherheit, was elementar für eine solch sicherheitsrelevante Schlüsselkomponente ist. Verschattungen durch gängige Endeffektoren werden durch unsere intelligenten Modellierungsansätze abgefangen. Wie wir das genau erreichen, ist ein Betriebsgeheimnis, da dieser Sensor bei der entsprechenden Serienreife ein großes Potential besitzt, auch in anderen Bereichen genutzt zu werden. Beispiele wären die allgemeine Maschinensicherheit, autonomes Fahren oder Sicherheitsüberwachungen an Flughäfen. Was ich Ihnen verraten kann ist, dass wir bei Neura Robotics der Meinung sind, dass rein optische Systeme wie Kameras insbesondere aufgrund der Okklusionsthematik nicht in der Lage sein werden, Menschen sicher zu detektieren, auch wenn man so sicherlich viele andere Applikationen umsetzen kann.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Und was bedeutet das für den Einsatz in der Praxis?

Reger: Derzeit ist das größte Problem der kollaborativen Roboter die Inbetriebnahme und Risikobeurteilung bei jeder Änderung. Das ist unserer Meinung auch der Hauptgrund, warum der Cobot-Markt in Deutschland noch keinen großen Boom erlebt hat. Der Roboter ist eine unvollständige Maschine, da wir vorerst die Umgebung, Greifer, Bauteil und den Personenkontakt bestimmen müssen, um das Risiko neu definieren zu können. Es geht hierbei hauptsächlich darum, Kontakt mit dem Menschen zu vermeiden oder einen fest definierten TS15066-Druckwert auf den Menschen zu limitieren. Genau diese Probleme können wir mit dem Safe-Human-Detection-Sensor lösen. Wir können den Raum mit 3m Radius überwachen und wissen, wenn ein Mensch in den Bereich eintritt. Sobald unser Roboter eingeschaltet wird, wissen wir, ob Menschen in der Nähe sind. Wir kennen den Abstand zu jedem Teil des Roboters und können somit jeglichen unerwünschten Kontakt mit dem Menschen vermeiden. Dann werden von uns aus nur noch die Größe des Endeffektors sowie die Anbaumaße definiert und limitiert.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Wann sind Serienprodukte tatsächlich verfügbar und was sind Ihre Pläne für 2022?

Reger: Maira, Lara und Mav sind seit dem offiziellen Launch verfügbar und werden derzeit meist an strategische Partner und Integratoren verkauft. Wir haben eine sehr hohe Nachfrage vor allem im asiatischen Markt, weshalb wir derzeit an einer großen Skalierung der Produktionskapazität arbeiten. Zur Zukunft der Neura-Produkte in 2022: Geplant sind neue Typen von Maira als Doppelarmversion sowie auch eine kleinere Version Maira Jr. für den Ausbildungssektor. Es wird auch an einem Mav Jr. gearbeitet, der kompakter, agiler und für kleinere Traglasten ausgelegt ist. Darüber hinaus sind weitere Anpassungen unserer Lösungen geplant, um auch Bereiche abseits der Industrie zu erschließen. (fiz)