Die Fassadenreinigung an Wolkenkratzern – eine Aufgabe, die bislang meist von Hand erledigt wird – möchte ein Unternehmen aus Tel Aviv künftig mithilfe von Robotern automatisieren.
Ganze fünf Jahre arbeitete das Team von Skyline Robotics an der Entwicklung ihrer neuartigen Lösung zur Reinigung von Wolkenkratzerfassaden in aller Welt. Herausgekommen ist am Ende ein System, welches einen kompakten Sechs-Achs-Roboter vom Typ KR Agilus des Augsburger Herstellers Kuka mit einem computergestützten Bildverarbeitungssystem, Künstlicher Intelligenz (KI) und Technologien des maschinellen Lernens kombiniert. Was bisher drei bis vier Monate harter körperlicher Arbeit erforderte, soll damit künftig automatisch in knapp der Hälfte der Zeit möglich sein.
Die wichtigste Verbesserung dieser Neuentwicklung bestehe darin, dass das System für mehr Sicherheit sorgt, indem es menschliche Arbeitskräfte auf der Arbeitsbühne ablöst. Denn für die manuelle Fassadenreinigung von Wolkenkratzern braucht es üblicherweise drei bis vier Mitarbeitende: Zwei, die auf der Arbeitsbühne reinigen, eine Person auf dem Gebäudedach und manchmal eine weitere am Boden. Für die Arbeit mit der automatisierten Lösung sei lediglich eine Person erforderlich, welche die Arbeitsbühne, die Strom- und Wasserversorgung und den Kran kontrolliert. Derweil kümmert sich der Roboter um die Fensterreinigung.
Um die Versorgung mit Strom und Wasser zu sichern, wurde das System mit dem Namen Ozmo so konzipiert, dass es in die bestehende Infrastruktur der Gebäudewartungseinheit (Building Maintenance Unit, BMU) passt beziehungsweise Strom und Wasser aus dem Gebäude selbst nutzt.
Teil der Arbeitsbühne ist ein Tisch mit unterschiedlichen Sensoren und Computern. Darauf sitzt der Roboterarm in wasserfester Ausführung (Schutzklasse IP67) mit seiner Lidar-Kamera (Lidar steht für light imaging, detection and ranging). Letztere nutzt Laser der Klasse 1, die für Menschen ungefährlich sind. Sobald dieser Tisch in die vorhandene Arbeitsbühne für die Fassadenreinigung eingespannt wird, ist das System einsatzbereit.
Menschliche Bewegungen imitiert
Laut Ross Blum, Präsident und COO von Skyline Robotics, hat man im Laufe der fünf Jahre, in denen das Team an dem Projekt gearbeitet hat, verschiedene technologische Hürden überwinden und iterative Schritte auf dem Weg zur Integration aller notwendigen Komponenten und Features zurücklegen müssen. Im Fokus stand dabei der genannte Industrieroboter und seine Programmierung, die den Roboterarm mit seiner Reichweite von 1,1 m dazu befähigt, beim Fensterreinigen menschliche Bewegungen zu imitieren.
Wenn Ross Blum die Funktionsweise des neuartigen Systems erklärt, bedient er sich Analogien für die menschlichen Sinne: "Der Roboterarm kommuniziert mit der Lidar-Kamera, die den Roboter zum 'Sehen' befähigt, und mit einem Kraft-Drehmoment-Sensor am Ende der Reinigungsbürste, der den Tastsinn des Roboters darstellt. Die Systemsoftware fungiert als Gehirn und sammelt die Daten der verschiedenen Kameras und Sensoren für die kontinuierliche Optimierung beziehungsweise Adaptierung der Bahnplanung." Skyline Robotics entwickelte dazu einen Algorithmus, der Kraftkontrolle und andere Variablen circa 200-mal pro Sekunde an den Roboter zurückmeldet, während dieser automatisch an der Fassade des Wolkenkratzers herunterfährt. Dadurch ist stets steuerbar, wie viel Druck der Roboter auf das Fensterglas ausübt. Zudem muss Ozmo auch mit komplexen geometrischen Formen von Fassaden an manchen Wolkenkratzern zurechtkommen.
Auch bei Windböen nicht aus der Balance
Die mit dem verwendeten Roboter eingesetzte Steuerung wiegt lediglich 9,8 kg, sei somit bis zu 16 kg leichter als vergleichbare Steuerungen und beanspruche auch deutlich weniger Platz. In einigen Fällen kann Skyline Robotics daher mehrere Roboterarme auf einer Arbeitsplattform unterbringen, selbst bei strengeren Gewichtsbeschränkungen.
Die Steuerung erlaubt es auch, die Arbeitsbühne mit dem Roboter in Echtzeit zu stabilisieren. Dies sei eine besondere Herausforderung, weil immer wieder mit unerwarteten Vorkommnissen wie Windböen oder Besonderheiten der Krankinematik gerechnet werden muss. Diese können dazu führen, dass sich eine Seite der Plattform weiter nach unten neigt als die andere.
Der Roboter mit seiner intelligenten Steuerung ist in der Lage, diese Variablen zu erfassen und sofort zu kompensieren. Dabei nutzt das System zur Stabilisierung insbesondere die Fähigkeit des Roboterarmes, als Gegenkraft für eine unstabilisierte Arbeitsbühne zu wirken. Der Arm bleibt dann eine zusätzliche halbe Sekunde am Gebäudefenster fixiert, um Schaukelbewegungen der Arbeitsbühne zu verhindern.
Laut Ross Blum ist Skyline Robotics bisher das einzige Unternehmen, das einen Roboterarm erfolgreich auf diese Weise einsetzt. Michael Brown, Vorstandsvorsitzender und CEO des Unternehmens, merkt dazu an: "Sie können nicht einfach einen Roboter auf eine Arbeitsbühne setzen und denken, das sei alles, was es braucht. Wir haben jahrelang mit Fensterreinigern zusammengearbeitet, um unser System zu perfektionieren und sicherzustellen, dass es über die nötigen Algorithmen für variable Umgebungen verfügt."
Die Proof-of-Concept-Phase des Systems fand in New York City statt. Auf der Grundlage der dabei gewonnenen Erkenntnisse soll die Technologie weiter optimiert und verbessert werden. Dazu bekommen die Entwickler nun umfangreiche Unterstützung in Form einer 6,5-Millionen-Dollar-Finanzierungsrunde, an der sich unter anderem auch Kärcher New Venture beteiligt.
Quelle: Kuka | guenter.herkommer@holzmann-medien.de