Auch autonome Roboter müssen in ein übergeordnetes Steuerungssystem eingebunden werden, gleich ob in der Produktion oder im ServiceBereich. Das erfordert zuverlässige, schnelle Kommunikationsstandards und die Ressourcen der Cloud. Neuestes Schlagwort ist dabei das Fog-Computing, das die Ressourcen wieder näher an den Roboter bringt.
Sollen sich Roboter autonom durch eine Umgebung bewegen und Aufgaben erfüllen, muss eine immense Menge an Daten erfasst und berechnet werden. Das muss aber nicht zwangsläufig „onboard“ stattfinden. Gerade bei kleinen Robotern wären die dafür benötigten Ressourcen zu teuer. Eine Alternative besteht darin, die Roboter von externen Systemen überwachen zu lassen und auch die Steuerungsbefehle von außen, beispielsweise per Funk, auf den Roboter zu übertragen.
So werden zum Beispiel die von Festo entwickelten autonomen bionischen Schmetterlinge eMotionButterflies über ein externes und in Echtzeit kommunizierendes Leit- und Monitoring-System im dreidimensionalen Raum koordiniert. Die Kommunikations- und Sensortechnologie bildet ein Indoor-GPS-System, das die Schmetterlinge kollisionsfrei und im Kollektiv steuert. Zehn im Raum installierte Kameras erfassen die Kugeln über deren aktive Infrarotmarker (Infrarot-LEDs) und leiten die Positionsdaten an einen zentralen Leitrechner weiter. Die berechneten Aktionen werden an die Objekte zurückgesandt und dort dezentral umgesetzt.
Kommunikation in Echtzeit
Gerade im industriellen Einsatz sind Roboter keine „Insellösungen“, sondern müssen mit den anderen Systemen der Produktion interagieren. Das erfordert Kommunikationslösungen, die die Signale nicht nur in Echtzeit, sondern auch zeitsynchron übertragen. Nur so können etwa ein mobiler Roboter und eine festinstallierte Maschine gemeinsam ein Bauteil bearbeiten. Bisher wurde ein Großteil der echtzeitfähigen Steuer- und Regelanwendungen über nichtstandardisierte Netzwerkinfrastrukturen oder voneinander getrennte Netzwerke bereitgestellt, was den Zugriff auf Geräte und Daten deutlich erschwerte beziehungsweise teilweise unmöglich machte.
Zurzeit arbeitet daher eine Task-Group des IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) an der Standardisierung von Echtzeit-Funktionalität in Ethernet. Das Ergebnis ist Ethernet TSN (Time-Sensitive-Networking), eine Kommunikationstechnologie, in der viele Unternehmen die Zukunft der Kommunikation in Zeiten der Industrie 4.0 sehen. TSN ermöglicht eine herkömmliche, offene Netzwerkinfrastruktur mit herstellerunabhängiger Interoperabilität und bietet eine garantierte Zustellung und Performance. Die Technologie unterstützt die Steuerung, Regelung und Synchronisierung in Echtzeit – beispielsweise zwischen Motorsteuerungsanwendungen und Robotern – über ein einzelnes Ethernet-Netzwerk. Gleichzeitig eignet sich TSN aber auch für anderen gängigen Produktionsdatenverkehr, sodass IT- und Betriebstechnik gemeinsam ein Netzwerk nutzen können. Der größte Vorteil von TSN liegt daher in der Zusammenführung und besseren Anbindung von Technologien, um die für Big-Data-Analysen benötigten kritischen Daten zur Verfügung zu stellen.
Fog statt Cloud
So lassen sich alle für die Roboterfunktion relevanten Daten in Echtzeit in einem digitalen Modell vereinen. Und dies erfolgt im Sinne der Industrie 4.0 in der Cloud. Allerdings wächst aufgrund der zunehmenden Dienste im Bereich des Cloud Computing und der großen Zahl an Geräten mit Zugang zu Cloud-Ressourcen die Besorgnis, dass das Netzwerk überlastet wird und es zu Engpässen sowie Verzögerungen bei der Datenverarbeitung kommt. Abhilfe soll die Technologielösung Fog Computing schaffen: Dabei wird eine Zwischenebene der Datenverarbeitung geschaffen. So werden die Informationen nicht wie bislang unbearbeitet komplett in die Cloud beziehungsweise ein entferntes Data Center geladen, sondern bereits in Server-Systemen, Storage- und Netzwerkkomponenten am Rand einer IT-Infrastruktur verarbeitet. Diese sogenannten Edge Devices übernehmen also Dienste und Aufgaben, die bislang aus der Cloud kamen, und reduzieren so die zu übertragende Datenmenge. Während also die Cloud ein eher nebulöser, weit entfernter Ort ist, befindet sich der „Fog“ geradezu in Bodennähe. Dort, wo die Arbeit erledigt wird. „Fog Computing bringt Analyse-, Verarbeitungs- und Speicherfunktionen an den Rand des Netzwerks“, erklärt Kay Wintrich, Technical Director von Cisco Deutschland. „Im Internet of Everything, in einer komplett vernetzten Welt, ist das die einzige Möglichkeit, mit der großen Menge an anfallenden Daten umgehen zu können.“