ACROS: Die Robo­ter der Zukunft brau­chen ein Gehirn. Maga­zino ent­wi­ckelt es.

Software

2. Oktober 2018

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ACROS steht für „Advan­ced Coope­ra­tive Robot Ope­ra­ting Sys­tem“ und ist das von uns ent­wi­ckelte Betriebs­sys­tem für die per­zep­ti­ons­ge­steu­er­ten Robo­ter von Maga­zino. Unsere Robo­ter wer­den auch über ACROS imple­men­tiert, koor­di­niert und gesteu­ert. Per­spek­ti­visch kann ACROS bei der Neu­ent­wick­lung ande­rer wahr­neh­mungs­ge­steu­er­ter Robo­ter mit ver­schie­de­nen Fähig­kei­ten unter­stütz­ten. So hat es das Poten­zial, eine glo­bale Wis­sens­da­ten­bank aus den Daten aller von mit ACROS betrie­be­ner Robo­ter zu gene­rie­ren: eine Basis für Machine Lear­ning und damit neues intel­li­gen­tes Ver­hal­ten der Robo­ter.

Frü­her waren Robo­ter sehr deter­mi­nis­tisch – man könnte auch sagen: flei­ßig, aber dumm. Ein­mal pro­gram­miert, setz­ten sie tau­sende Male einen Schweiß­punkt zu einem fest­ge­leg­ten Zeit­punkt an die glei­che Stelle. Da diese Robo­ter außer­dem kei­ner­lei Wahr­neh­mung ihrer Umge­bung hat­ten, geschweige denn die Fähig­keit, intel­li­gent auf sie zu reagie­ren, muss­ten sie durch Zäune und Licht­schran­ken von Men­schen getrennt arbei­ten. Das hat sich grund­le­gend geän­dert. Durch den Ein­satz zahl­rei­cher Sen­so­ren, 3D-Kame­ras und Com­pu­ter­vi­sion kön­nen Robo­ter der neuen Genera­tion mitt­ler­weile immer bes­ser ver­ste­hen, was sich in ihrer Umge­bung eigent­lich alles abspielt. Gleich­zei­tig wird die Umwelt für Robo­ter immer kom­pli­zier­ter, beson­ders wenn sie mit Men­schen im sel­ben Bereich arbei­ten sol­len. Denn das bedeu­tet zum einen, dass sie sich in einer sehr dyna­mi­schen und schwer vor­her­seh­ba­ren Umge­bung immer wie­der neu zurecht­fin­den müs­sen. Und zum ande­ren, dass sie sicher par­al­lel zum Men­schen agie­ren kön­nen. Bestehende Pro­gram­mier­tools und Lösun­gen wie eine SPS-Steue­rung kön­nen diese Anfor­de­run­gen nicht mehr abbil­den. Wir brau­chen radi­kal neue Ansätze, um Robo­ter zu pro­gram­mie­ren, zu steu­ern und zu ver­netz­ten. Denn Robo­ter der neuen Genera­tion sind nicht län­ger deter­mi­nis­tisch, son­dern wahr­neh­mungs­ge­steu­ert. Des­we­gen haben wir ACROS ent­wi­ckelt. Man könnte sagen, ACROS ist so etwas wie ein Robo­ter-Gehirn. In unse­ren Model­len TORU, HAKO und SOTO kommt es erst­mal welt­weit zum Ein­satz.

»Wir brauchen radikal neue Ansätze, um Roboter zu programmieren, zu steuern und zu vernetzten.«
ACROS bedeu­tet: neue Mög­lich­kei­ten

Die Art und Weise wie wir ACROS gedacht und schon teil­weise rea­li­siert haben, ist radi­kal anders als bis­her. In der Ver­gan­gen­heit wur­den Robo­ter von ihren Her­stel­lern immer indi­vi­du­ell und aus­schließ­lich nach den jewei­li­gen Bedürf­nis­sen mit eige­ner Soft­ware pro­gram­miert. ACROS kann mehr. Denn mit ACROS ist es erst­mals mög­lich, unter­schied­li­che Arten von Robo­tern mit einem über­grei­fen­den Betriebs­sys­tem zu pro­gram­mie­ren. Robo­ter als Hard­ware könn­ten damit in Zukunft aus­tausch­bar wer­den – die Intel­li­genz steckt im Soft­ware-Frame­work ACROS. Und darin liegt außer­or­dent­li­ches Poten­zial. Denn je mehr Robo­ter welt­weit mit ACROS arbei­ten, desto mehr Erkennt­nisse wer­den in der Cloud gesam­melt. Über die­ses Netz­werk kön­nen die Robo­ter von­ein­an­der ler­nen und ste­tig bes­ser wer­den. Und auch ACROS wächst mit mit kol­lek­ti­ver Intel­li­genz. Unser Plan ist es, ACROS zu einer welt­weit genutz­ten Platt­form zu ent­wi­ckeln, auf der Ent­wick­ler eigene Apps und Schnitt­stel­len ein­brin­gen kön­nen.

Und wie könnte das in Zukunft aus­se­hen?

ACROS macht per­zep­ti­ons­ge­steu­erte Robo­tik mög­lich. Wenn ACROS weit genug ent­wi­ckelt ist, könn­ten Kun­den von ACROS von der Mög­lich­keit pro­fi­tie­ren, ein bereits bestehen­des Frame­work für ihre eige­nen Ent­wick­lun­gen zu nut­zen. Das spart viele Res­sour­cen und beschleu­nigt damit den indi­vi­du­el­len Pro­zess enorm. Dabei wird ACROS für unter­schied­lich kon­stru­ierte Robo­ter ver­wen­det wer­den kön­nen. Nur ein­zelne Ele­mente müs­sen dann indi­vi­du­ell auf neue Hard­ware, wie zum Bei­spiel einen Greif­arm, ange­passt wer­den. Ein wei­te­rer gro­ßer Nut­zen wird darin lie­gen, dass alle mit ACROS arbei­ten­den Robo­ter ihre „Erfah­run­gen“ in einer Cloud tei­len kön­nen. Das kann man sich in etwa so vor­stel­len: Über die Daten, die Robo­ter A beim Picken von Schuh­kar­tons sam­melt, kann Robo­ter B unbe­kannte Objekte, die einem sol­chen Kar­ton ähneln, eben­falls picken. Ohne dass die­ser jemals zuvor mit die­sem Objekt kon­fron­tiert wor­den wäre.

Wie sieht die Anwen­dung von ACROS in der Pra­xis aus?

Ein (noch) fik­ti­ves Pra­xis­bei­spiel: Ein Kunde aus der Auto­mo­bil­bran­che wünscht sich eine Soft­ware-Lösung, mit der über Com­pu­ter-Vision Plas­tik­kis­ten auf einem För­der­band loka­li­siert und anschlie­ßend mit einem Robo­ter­arm gegrif­fen und gesta­pelt wer­den kön­nen. Für die Pro­gram­mie­rung der frem­den Hard­ware könn­ten viele Module, wie zum Bei­spiel Sta­tis­ti­ken und Error-Repor­ting, die für TORU pro­gram­miert wur­den, ein­fach per Drag-and-Drop her­an­ge­zo­gen wer­den. ACROS kann also auch ein sehr öko­no­mi­sches Bau­kas­ten-Sys­tem zur Pro­gram­mie­rung zu sein. Der Nut­zen und das Poten­zial von ACROS gehen aber weit dar­über hin­aus. ACROS dient der Fern­war­tung, dem Flot­ten­ma­nage­ment, als Daten­bank für Objekte und Auf­träge sowie als Kom­man­do­zen­trale im Lager.

ACROS: in a nuts­hell

Advan­ced Coope­ra­tive Robots sind wahr­neh­mungs­ge­steu­ert: ACROS muss die Kamera- und Sen­sor­da­ten in Echt­zeit ver­ar­bei­ten und ent­spre­chende Reak­tio­nen aus­lö­sen.

Advan­ced Coope­ra­tive Robots müs­sen mit Unsi­cher­heit umge­hen und rei­bungs­los par­al­lel arbei­ten kön­nen: ACROS bün­delt die Daten der gan­zen Flotte im Ein­satz und kom­mu­ni­ziert Ände­run­gen in der Umge­bung sofort an alle Robo­ter.

Advan­ced Coope­ra­tive Robots kön­nen selbst­stän­dig dazu ler­nen: Das ACROS Netz­werk und die ange­schlos­sene glo­bale Daten­bank ermög­li­chen Machine Lear­ning und damit intel­li­gen­tes Ver­hal­ten.

Den Kern von ACROS bil­det das ein­zig­ar­tige Kon­zept modu­la­rer seman­ti­scher Modelle. Die­ses ermög­licht die Ver­wen­dung auf ver­schie­de­nen Robo­ter-Platt­for­men:

  • Die modu­lare Archi­tek­tur von ACROS ist ein über­grei­fen­des Tool­kit für die Pro­gram­mie­rung von wahr­neh­mungs­ge­steu­er­ten und AI-fähi­gen Robo­ter­an­wen­dun­gen.
  • Die Soft­ware­kom­po­nen­ten rei­chen dabei von Hard­ware­trei­bern über Wahr­neh­mungs- und Bewe­gungs-Algo­rith­men bis hin zu Auf­ga­ben­er­fül­lung und Flot­ten-Koor­di­na­tion. Auch die Cloud-Infra­struk­tur für den glo­ba­len Robo­ter-Wis­sens­aus­tausch und Maschi­nel­les Ler­nen ist ent­hal­ten.
  • Zen­tra­les Kon­zept dabei ist die Tren­nung des Codes von den seman­ti­schen Model­len der Umwelt, des Robo­ters, der zu bear­bei­ten­den Objekte und den zu erfül­len­den Auf­ga­ben.
  • Die­ser Ansatz ermög­licht eine ein­fa­che Anpas­sung auf ver­schie­dene Robo­ter-Platt­for­men, Umge­bun­gen sowie Auf­ga­ben und ermög­licht damit ein schnel­les Deploy­ment und fle­xi­ble Anpas­sung.