3,1 Millionen Industrieroboter werden voraussichtlich im nächsten Jahr in Fabriken weltweit im Einsatz sein. Deren Vernetzung, Steuerung und Wartung stellt die Industrie vor große Herausforderungen. Lokale, private 5G-Netze in Kombination mit Edge Computing ermöglichen sichere, echtzeitnahe Kommunikationsnetze, die am Produktionsstandort betrieben und genutzt werden können. Ein Anwendungsszenario stellt das Fraunhofer FOKUS gemeinsam mit der German Edge Cloud (GEC) während der Hannover Messe auf dem Rittal-Stand vor:

Besucherinnen und Besucher können mit einer Virtual Reality (VR)-Brille und zwei VR-Controllern einen zweiarmigen Industrieroboter steuern, der an ein Edge-basiertes 5G-Kernnetz angebunden ist. Die Aufgabe ist es, eine vergrößerte Nachbildung der Rittal-Leiteranschlussklemme auf eine Schiene zu stecken und in die Klemme ein Kabel einzuführen und wieder zu trennen. Über ein optisches und akustisches Signal erhalten die Standbesucher sofort ein Feedback, ob die Aktion geklappt hat.

Um ferngesteuerte Objekte mit Roboterarmen greifen und verschieben zu können, müssen die Personen Tiefe und Entfernungen von Gegenständen und den Roboterarmen realistisch einschätzen können. Dafür haben die FOKUS-Forscher des Geschäftsbereichs Visual Computing eine Anwendung entwickelt, die mit Hilfe zweier Fisheye-Kameras die Sicht des Roboters als 360° x 180°-Surround Video in Stereo-3D in die VR-Brille streamt. Durch die Stereo-3D Eigenschaft des Live-Videos können die Betrachtenden eine realitätsnahe Perspektive des Roboters einnehmen. Das FOKUS-Team des Industrial IoT Centers hat für die Fernsteuerung des Roboters ein Robot Operating System (ROS) als Kommunikationsmiddleware integriert.

Die Mobilfunkverbindung wird über eine 60 Ghz-Frequenz mit Smallcells umgesetzt, einer kleinen Funkzelle, die aus einer Basisstation mit Mobilfunk-Antenne besteht. Dies sorgt für eine ruckelfreie VR-Umgebung und eine nahezu verzögerungsfreie Roboterfernsteuerung.

Für die Netzinfrastruktur wird der Open5GCore des Geschäftsbereichs Software-based Networks von Fraunhofer FOKUS genutzt. Der Open5GCore ist eines der weltweit ersten Standard-basierten und herstellerunabhängigen 5G-Kernnetze, die derzeit europaweit zum Aufbau von lokalen bzw. regionalen 5G-Versuchsnetzen genutzt werden können, wie z. B. dem Berliner 5G-Playground. Durch die Software-basierte Umsetzung können Netzfunktionen dynamisch zu einem individuellen, virtuellen Spezialnetz kombiniert werden – je nach benötigter Latenzzeit, Sicherheitsstufe und Anzahl der zu vernetzenden Geräte. In Kombination mit Edge Computing, mit dem Daten direkt auf dem Produktionsgelände in Mikrorechenzentren verarbeitet werden können, ist so eine sichere, echtzeitfähige Kommunikation möglich.

»Unsere modulare, virtualisierte Kernnetzsoftware erlaubt eine flexible Kombination von Netzfunktionen für eine optimierte Anwendungsunterstützung auf Edge-Clouds, wie der German Edge Cloud. Sogar im laufenden Betrieb können die Netzfunktionen je nach Nutzungsverhalten dynamisch angepasst werden. Die Integration verschiedener Zugangsnetz- und Backhaul-Technologien erlaubt uns darüber hinaus die Anpassung an lokale Anforderungen«, erklärt Prof. Dr. Manfred Hauswirth, Leiter des Fraunhofer-Instituts FOKUS.

Die German Edge Cloud (GEC) arbeitet unter anderem im Verbund mit Rittal, iNNOVO Cloud und der Fraunhofer-Gesellschaft. Das hier gezeigte Exponat stellt einen ersten Showcase der Kooperation zwischen der GEC und Fraunhofer dar.