Robotik und die. Auswirkungen auf die. Arbeitswelt. IMS Das Institut für Mechatronische Systeme Angewandte Wissenschaft in Mechatronik

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1 Robotik und die Auswirkungen auf die Arbeitswelt IDEE-SUISSE TALK 2014 Robotik verändert die Arbeitswelt TECHNOPARK Zürich Mittwoch, 19. November 2014 IMS Das Institut für Mechatronische Systeme Angewandte Wissenschaft in Mechatronik Leiter Institut für Mechatronische Systeme IMS Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

2 Zukunft der Robotik Wie stellen Sie sich die Zukunft der Robotik vor? 2

3 Zukunft der Robotik Oder vielleicht so? 3

4 Was meine Kollegen meinten dass passiert Hans Moravec (Professor für Robotik bekannt als Fehlprognostiker) Ausschnitt aus dem Film Robot & Frank, 2012 In den sechziger Jahren versprach er intelligente Haushaltsroboter für die neunziger Jahre 4

5 und was passiert ist Nun, heute sind wir bereits im neuen Jahrtausend und haben es erst zu mehr oder wenig dummen Staubsauger- und Rasenmährobotern gebracht Staubsauger-Roboter fuhr auf Herd und verursachte Hausbrand 11/2013 DiePresse.com Bild: (c) FF Hinterstoder 5

6 Und für die Unverbesserlichen Heute sieht Moravec Maschinen als unsere Nachkommen und verspricht eine Zukunft, in der Roboter die Macht ergreifen werden. So ungefähr gegen Ende dieses Jahrhunderts erkennen dann nach Moravec die Roboter, dass sie intelligenter sind als ihre Schöpfer. Was machen sie dann? Natürlich: Sie löschen ihre Schöpfer aus. 6

7 Was ich Ihnen heute auftische Ich werde immer etwas skeptisch, wenn jemand glaubt, die Zukunft so präzise voraussagen zu können. Fest steht aber, dass die Roboter, die derzeit in Forschungslabors entwickelt werden, die Arbeitswelt der Zukunft stark verändern werden. Ich möchte mich hier nicht in die Reihe der Kollegen einordnen und weitere super schöne oder düstere Zukunftsprognosen mit Robotern erstellen Ich möchte Ihnen einfach nur sagen, woran wir zur Zeit arbeiten und wie es in absehbarer Zukunft (10-15 Jahre) aussieht / nicht aussieht 7

8 aber zunächst mal das Wichtigste Moderne Assistenzsysteme unterstützen Menschen VDI nachrichten vom 24. Oktober

9 Übersicht Ausgangslage Zukünftige Herausforderungen Wie können wir die zukünftigen Herausforderungen lösen? Potentiale Robotik in der Industrie Robotik in Rehabilitation und Pflege Zusammenfassung 9

10 AUSGANGSLAGE Zukünftige Herausforderungen erfordern neue Technologien 10

11 Zukünftige Herausforderungen Demografische Entwicklung der Weltbevölkerung 2011: 7 Milliarden Menschen 2024: 8 Milliarden Menschen 2045: 9 Milliarden Menschen Grafik: APA, Quelle: APA/UNO/National Geographic/ Deutsche Stiftung Weltbevölkerung Herausforderungen: Produktion um den Faktor 10 steigern Ressourceneinsatz um den Faktor 10 verringern Lebensqualität älterer Menschen verbessern 11

12 Wie können wir? Produktion um den Faktor 10 steigern Ressourceneinsatz um den Faktor 10 verringern Umweltbelastung massgeblich senken Ressourcen intelligent nutzen Steigerung Produktion Senkung Umweltbelastung 12

13 Ressourceneffizienz in der Produktion Heute noch vielfach: Maximaler Gewinn mit minimalem Kapitaleinsatz Zukunft: Maximale Wertschöpfung aus minimalem Ressourceneinsatz Schlüssel hierzu: Adaptive, aufgabenangepasste Automatisierung Mechatronik: Intelligente Kopplung von Mechanik, Elektronik, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik 13

14 Wie können wir? die Lebensqualität älterer Menschen verbessern? die Pflege sinnvoll unterstützen? bezahlbare Pflegeleistungen realisieren Intelligente Pflegeassistenz Betreuungs- und Kommunikationshilfen Senkung Pflegekosten 14

15 Bild: Cyberdyne Interessanter Zukunftsmarkt? Zukunftsmarkt Pflegesysteme? Haushaltshilfen Versorgungsroboter Betreuungs- und Kommunikationsroboter Bild: RIKEN Selbstfahrende Rollstühle Exoskelettsysteme und aktive Orthesen Aufsteh- und Umbetthilfen Intelligente Prothesen Roboterarme zur Hilfe beim Essen und Trinken zum Greifen, Halten und Anreichen Bild: Stuttgarter Zeitung Bild: Honda Bild: KIT Karlsruhe Bild: PARO Robots Bild: dpa Bild: IAT Bremen 15

16 POTENTIALE Robotik in der Industrie 16

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18 Robotik in der produzierenden Industrie Heute: Schweissroboter Bild: Kuka Karosseriemontage Bild: ABB Grossserien (mehrere 1000 Stck) Hoch automatisierte Anlagen Roboter getrennt vom Menschen Assistenzroboter Bild: ims/zhaw Montagehilfe Bild: SME Robot Morgen: Individuelle Produkte, Kleinserien Angepasste Automatisierungstechnik Kooperation Mensch und Roboter 18

19 Entwicklungstendenz in der Robotik - Marktsicht - Zukünftige Entwicklung: Adaptive, aufgabenangepasste Automatisierung Variable, fliessende Aufteilung zwischen automatischen und manuellen Tätigkeiten Keine Arbeitsunterbrechungen durch Programmieren oder Umkonfigurieren Roboter und Mensch in einem Arbeitsraum Nutzung der Stärken des Menschen (kognitive Fähigkeiten, flexible Reaktionsfähigkeit) bei gleichzeitiger Nutzung der Stärken des Roboters (Kraft, Ausdauer, Präzision) Roboter als Assistent des Menschen -> Assistenzrobotik Wirtschaftlichkeit durch Entwicklung angepasster Tools und Verfahren

20 Automatisiertes Einrichten - Technologiesicht - Automatisiertes Einrichten durch Verwendung mechatronischer Komponenten Bauteil Zeichnung Vorrichtung Beispiel : Automatisiertes Vermessen von Werkstücken ims / ZHAW

21 Betrieb: Intuitive Programmierung - Technologiesicht - Beispiel: Remote-Laser-Schweissen Quelle: iwb, TU München Quelle: AWL Techniek, NL

22 Betrieb: Intuitive Bedienung - Technologiesicht - Kinect Microsoft Kinect Sensor Regelkreis über optisches Bediener Feedback PC Robotersteuerung TCP Bewegung Roboter Direkte Mensch- Roboter Interaktion durch Vormachen

23 Direkte Mensch-Roboter-Kooperation - Technologiesicht - Beispiel: Assistenzroboter Quelle: Fraunhofer IPA ims/zhaw Quelle: Uni Bayreuth

24 Direkte Mensch-Roboter-Kooperation - Technologiesicht - ABB YuMi Kollaborierender, zweiarmiger für die Kleinteilmontage optimierter Roboter Ungefährliche Mensch- Roboterkooperation Menschenähnliche Arme und Körper Ergänzt die menschliche Arbeitskraft Nachgiebige Arme ermöglichen Sicherheit im Betrieb Leicht und einfach zu transportieren und aufzustellen Quelle: ABB Robotics

25 Flexible Flugzeugmontage

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27 Neue Möglichkeiten durch Exoskelett EU FP7 Projekt Robo-Mate Exoskeleton for industrial Application Das Ziel Benutzerfreundliches, intelligentes, kooperatives und leichtes Roboter-Exoskelett zur Unterstützung von manuellen Arbeitsprozessen. Anwendungsgebiete Manuelle Produktionsprozesse im industriellen Umfeld Webseite: Projektreferenz: EU FP

28 Fixkosten, Vollautomation Fixkosten MRK Stückkosten [k] Wirtschaftlichkeit: Stückzahlabhängigkeit Roboterbasierte Vollautomation ims/zhaw Mensch- Roboter- Kooperation k ( K K x) f v / x manuell Kv K v Grenzstückzahl Grenzstückzahl Losgrösse [log x]

29 Zusammenfassung produzierende Industrie Heute: Grossserienproduktion Möglichst Vollautomation Teure Roboterlösungen Maximaler Gewinn mit minimalem Kapitaleinsatz Morgen: Individualisierung, Kleinserienproduktion Der Roboter als universelles "Werkzeug" Herausforderungen für af&e: User-Interface und Sicherheit Umsetzungskriterium: Wirtschaftlichkeit

30 POTENTIALE Robotik in Rehabilitation und Pflege 30

31 Training und Rehabilitation Bild: Hocoma Armeo Power Bild: Hocoma Valedo Bild: YouRehab YouGrabber Bild: Hocoma Lokomat Heute bereits verfügbare Technologien: Training der oberen Extremitäten Training der unteren Extremitäten Rückentrainer Trainingsgeräte ermöglichen robotergesteuertes Lernen bzw. Wiedererlernen von verschiedensten Bewegungen. Der Roboter führt die Bewegung und gibt eine entsprechende Rückmeldung an den Pfleger und den Patienten Je nach Unterstützungsgrad: entweder passive Führung, Unterstützung einer aktiven Bewegung und bimanuale Führung (die Bewegung des nicht betroffenen Armes wird auf das behinderte Glied übertragen). 31

32 Beispiel: Lokomat von HOCOMA Bild: Hocoma Lokomat Pro 32

33 Mobilität und Bewegungsunterstützung Bild: IAT Bremen Bild: Otto Bock C-Leg Bild: Cyberdyne, HAL Bild: Argo Medical Technologies, ReWalk Heute bereits verfügbare Technologien: Greif- und Manipulationsgeräte Mobilitätshilfen, Intelligente Prothesen Exoskelett-Systeme Zum unterstützten Manipulieren werden verschiedene Geräte eingesetzt, die z.b. die Hebe-, Greif- und Manipulationsbewegungen der Hand nachahmen diese sind zum Teil am Rollstuhl des Nutzers befestigt. Ein Exoskelett als Unterstützung der Arme und Beine ermöglicht Schwerbehinderten selbständiges Aufstehen, Gehen, Essen, usw. Aktive Beinprothesen ermöglichen ein nahezu normales Gehen 33

34 Beispiel: HAL Bild: Cyberdyne, HAL 34

35 Assistenzsysteme und Assistenzroboter Bild: Honda, ASIMO Bild: InTouchHealth, RP-VITA Bild: RIKEN, RIBAII Bild: Fraunhofer IPA, Care-O-bot Heute bereits verfügbare Technologien: Umbett- und Trageassistenten automatisierte Medikamenten- und Essensausgabe, Diagnoseroboter Unterhaltungsroboter Persönliche Assistenzroboter Pflegeassistenten dienen dazu, Pflegekräfte zu entlasten. Dadurch soll dem künftigen Personalmangel begegnet werden. Die körperliche und psychische Belastung der Pflegekräfte soll gemindert werden. Persönliche Assistenzroboter haben das Ziel, Menschen mehr Selbständigkeit im Alltag zu ermöglichen. Die Roboter unterstützen die Ausführung von Alltagshandlungen. 35

36 Beispiel: RIBA II von RIKEN and Tokai Rubber Industries Bild: RIKEN, RIBAII 36

37 Bild: Robowatch, MOSRO Sozial interaktive Systeme Bild: AIST, Paro Bild: Sony, Aibo Bild: Innvo Labs, Pleo Bild: KIT, ARMAR Heute bereits verfügbare Technologien: drei Typen sozialer Roboter: Verkaufs- und Führungsroboter Systeme mit emotionaler Interaktion Integrierte Systeme, die beides verbinden Sozial-interaktive Roboter simulieren eine Interaktion mit Menschen. Sie sind virtuelle soziale Akteure, die einfach designt sind, um die Illusion einer realen Interaktion zu erzeugen. Mit folgenden Eigenschaften: Sie rufen soziales Verhalten hervor, sind in eine soziale Umwelt eingebettet, treten proaktiv in Kontakt mit Menschen und zeigen Aspekte menschenähnlicher sozialer Intelligenz. 37

38 Beispiel: Kuschelrobbe PARO 38

39 Künftige Einsatzbereiche: Was ist in 10 bis 15 Jahren machbar? Wenn Sie nun denken, dass ich Ihnen sage, dass in 10 bis 15 Jahren dies hier der Standard sein wird dann muss ich Sie leider enttäuschen! 39

40 Künftige Einsatzbereiche: Was ist in 10 bis 15 Jahren machbar? Die Fähigkeit voll autonom in einer nicht strukturierten Umgebung auf beliebige, vorher nicht programmierte Ereignisse sinnvoll zu reagieren, wird bis heute von Maschinen nicht erreicht. Neben dem vollautonomen Ansatz gibt es interessante Prototypen und Produkte, welche bereits realisiert worden sind oder in 10 bis 15 Jahren sicher realisiert werden können. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass man eine mehr oder weniger gut strukturierte Umgebung hat. Insgesamt bringen in der Pflege von Menschen schon relativ einfache Geräte grosse Erleichterung, vollautonome Technik ist zwar die Königsdisziplin, allerdings keine Bedingung und manchmal auch gar nicht erwünscht. 40

41 Zusammenfassung Roboter, die derzeit in Forschungslabors entwickelt werden, werden die Arbeitswelt der Zukunft zweifellos stark verändern. Die demografische Entwicklung mit den absehbaren Folgen für die Industrie und weite Bereiche des Lebens erzwingt umsetzbare, praxistaugliche Lösungen. In nächster Zukunft (10 15 J.) sind das : Industrie: Mensch-Roboter Kooperation Roboter als universelles Werkzeug und Assistent des Menschen Rehabilitation und Pflege: einfache, kostengünstige Hilfen Systeme mit teilautonomen Funktionen Diese mittelfristigen Entwicklungen sind bereits absehbar, Science-Fiction Vorstellungen bekannter Fehlprognostiker sind je nachdem amüsant oder unerfreulich, sonst aber nicht weiter relevant. 41

42 Herzlichen Dank! ims Institute of Mechatronic Systems We Apply Science Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Institute of Mechatronic Systems ZHAW Zurich University of Applied Sciences Technikumstrasse 5 Postfach 805 CH-8401 Winterthur wernher.vandevenn@zhaw.ch Phone +41 (0) Fax +41 (0) Website: IMS is member of: 42