Mit Physical AI überzeugt der superhumanoide Roboter „Mech“ in einem unvorhersehbaren Lagerumfeld dank EtherCAT und PC-based Control von Beckhoff.
Roboter sind seit Jahrzehnten eine wichtige Stütze in der Fertigung, aber die Intralogistikbranche erlebt gerade ihren eigenen Umbruch. Neue Technologieanbieter stellen sich dieser Herausforderung mit Robotern, die auf die äußerst dynamischen und unvorhersehbaren Aufgaben bei der Zustellung von Paketen und Päckchen ausgerichtet sind. Das im kalifornischen Redwood City ansässige Unternehmen Dexterity revolutioniert die Robotertechnologie für die Intralogistik, indem es physische KI einsetzt, um Roboter in ihrem Denkvermögen und ihrer Agilität menschenähnlicher zu machen.
Der Versandriese FedEx arbeitet bereits mit Dexterity zusammen, um das Be- und Entladen von Sattelaufliegern und Anhängern zu optimieren und so Personalkapazitäten für andere wichtige Aufgaben zu gewinnen, wobei auch die Sicherheit und das bereits hohe Serviceniveau verbessert werden. Mit Funktionen wie auf maschinellem Lernen basierenden Packalgorithmen und einem „Tastsinn“ für das präzise Stauen von Verpackungskisten zeigen die Lösungen von Dexterity, wie Roboter in einem sich schnell verändernden Markt sowohl betriebliche Resilienz als auch Kundenzufriedenheit gewährleisten können.
Die neueste Innovation von Dexterity ist „Mech“, der erste superhumanoide Industrieroboter der Welt, der die Logistik in einer Vielzahl von Unternehmen revolutionieren soll. Um den praktischen Herausforderungen und der Komplexität moderner Lager gerecht zu werden, entschied sich Dexterity für die Automatisierungstechnik von Beckhoff. Diese erfüllt mehrere Kriterien, die von herkömmlichen SPS-Lösungen nicht erfüllt werden konnten.
„Wenn Sie irgendwo auf der Welt ein Lager betreten und dort fragen: ‚Welche Arbeiten würden Sie am liebsten an einen Roboter auslagern?‘, dann werden Sie die Antwort bekommen: ‚das Be- und Entladen der Lkw‘“, sagt Michael Perry, Vice President of Marketing and Business Development bei Dexterity. Diese Tätigkeit erfordert nicht nur körperliche Geschicklichkeit, sondern auch Können und planvolles Vorgehen. Die Arbeiter versuchen, die Produktdichte auszureizen und dabei die Stabilität der Ladung unter Bedingungen zu gewährleisten, die oft starken Schwankungen und drastischen Veränderungen je nach Jahres- oder sogar Tageszeit unterliegen. Wenn man Faktoren wie den Zeitdruck, Temperaturschwankungen in den Anhängern, schwere Lasten und sich schnell bewegende Transportmittel berücksichtigt, ist es kein Wunder, dass dieses Umfeld im besten Fall unangenehm und im schlimmsten unfallanfällig ist.
Zum Schutz der Arbeitnehmer muss der Mech in der Lage sein, in dynamischen, auf den Menschen ausgerichteten Umgebungen sicher zu arbeiten, und das ohne Einbußen bei Durchsatz, Zuverlässigkeit und Leistung. Mit zwei auf einem Fahrgestell montierten Roboterarmen fährt der Mech durch Industrieanlagen und übernimmt anstrengende und repetitive Aufgaben, die andernfalls schwere körperliche Arbeit erfordern würden, damit die Mitarbeiter sich auf sicherere und anspruchsvollere geistige Tätigkeiten konzentrieren können. Die Roboterarme können unabhängig voneinander arbeiten, was den Durchsatz erheblich steigert, oder koordiniert, um schwerere und größere Lasten zu handhaben, für die normalerweise separate automatische oder manuelle Systeme erforderlich wären.
Der Mech verbessert nicht nur die Automatisierung von Lagern, sondern definiert auch neu, wie Menschen und Roboter in Zukunft zusammenarbeiten werden.
Vom Flickenteppich zum technologischen Kraftpaket
Für Dexterity bestand eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung des Mech in der Überwindung der Systemfragmentierung. Viele herkömmliche Automatisierungslösungen beruhen auf einem Flickenteppich von Hardwarekomponenten, Netzwerken und Softwareplattformen, die sich nur schwer verbinden lassen, was die Entwicklung verlangsamt und den Einsatz in großem Maßstab erschwert. „Wir brauchten eine Lösung, die die Anbindung vereinfacht, ohne Leistung, Sicherheit oder Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen“, erklärt Gil Matzliach, President of Hardware Product Engineering bei Dexterity. „Beckhoff lieferte ein voll integriertes System sowohl für Safety als auch für Motion Control, das alle unsere Anforderungen erfüllte und in vielen Fällen sogar übertraf.“
Anfang 2025 hat Dexterity die Entwicklungsarbeit mit Beckhoff erheblich beschleunigt, um mit Unterstützung durch das Special Project Team (SPT) von Beckhoff USA die für diese Anwendung erforderliche Softwareentwicklung abzuschließen. Mit diesem Ansatz konnte Dexterity den gesamten Ablauf von der Inbetriebnahme bis hin zu Software-Updates und Remote-Debugging für eine ganze Roboterflotte rationalisieren. Anstelle der Verwaltung separater Systeme, die nur schwer miteinander kommunizieren können, diente die universelle Open Control Architecture von Beckhoff als einheitliche Grundlage für Interoperabilität und die für die Skalierung erforderliche Modularität. Das Entwicklungsteam von Dexterity nahm auch an Trainingskursen von Beckhoff teil, um die Lernkurve zu verkürzen und die Inbetriebnahme zu beschleunigen.
Auch der Einsatz von EtherCAT erwies sich insbesondere aufgrund der Deterministik, der geringen Latenz, des zu vernachlässigenden Jitters und der offenen Kommunikationsarchitektur von EtherCAT als erfolgskritisch. Durch die Reduzierung von Hardwarekomplexität und Verkabelungsaufwand half Beckhoff Dexterity, die Systemverfügbarkeit zu erhöhen und Fehlerquellen zu minimieren. „Vom ersten Tag an hat Dexterity stark auf EtherCAT gesetzt“, erklärt Avinash Verma, Vice President of Supply Chain bei Dexterity. Da Beckhoff Hardware, Software und Netzwerktechnik lieferte, konnte eine nahtlose Integration innerhalb der Mech-Systemarchitektur erreicht werden. EtherCAT bietet zudem integrierte Systemdiagnose- und Maschinensicherheitsfunktionen, die im Hauptnetzwerk über einen „Black Channel“ kommunizieren – auch drahtlos. So können sicherheitsrelevante Baugruppen in einer Reihe mit nicht sicherheitsrelevanten Geräten installiert werden.
Zwar spielt EtherCAT bei der Konzeption eine wesentliche Rolle, doch auch die Breite des Kommunikationsportfolios von Beckhoff, das weitere Netzwerktechnologien umfasst, trug maßgeblich dazu bei, den Mech zu verwirklichen. Dexterity nutzt neben EtherCAT den CAN-Bus und überwindet damit die typischen Barrieren zwischen alten Systemen und solchen der nächsten Generation. Die Kombination aus PC-based Control, EtherCAT, funktionaler Sicherheit mit TwinSAFE und modularen I/Os bot Dexterity die nötige Leistung, Sicherheit und Skalierbarkeit, um mit physischer KI gesteuerte Roboter für Produktionsumgebungen zu entwickeln.
Unter der Haube: Embedded-Controller als Gehirn, One-Cable-Magie und mehr
In einer Branche, in der es auf jede Sekunde und jede Bewegung ankommt, soll der Mech einige besonders strapaziöse logistische Herausforderungen meistern und dabei die Arbeit im Lager sicherer und nachhaltiger machen. Mit der Physical-AI-Plattform von Dexterity, die durch Automatisierungstechnik von Beckhoff unterstützt wird, kann der superhumanoide Roboter in Umgebungen, in denen herkömmliche Roboter versagen, erkennen, denken und sich mit Präzision bewegen.
Der Mech von Dexterity basiert auf einem hochintegrierten Steuerungssystem von Beckhoff, das alles von der allgemeinen Automatisierung über die Ausführung von Bewegungen bis hin zu sicherheitskritischen Funktionen abdeckt. Mithilfe des umfassenden Portfolios an Industriesteuerungen, I/O-Hardware, Safety-Produkten und dem Software-Framework von Beckhoff konnte Dexterity eine Roboterplattform entwickeln, die äußerst leistungsfähig, dabei aber modular, wartungsfreundlich und für den Einsatz auf Flottenebene skalierbar ist.
Das Herzstück der Steuerungsarchitektur des Mech ist der Beckhoff Embedded-PC CX5240 mit Intel Atom® x5-E3940 unter Windows 10 IoT Enterprise. Die platzsparenden, auf einer Hutschiene montierten Steuerungen übernehmen die Motion Control und die Safety-Logic auf der unteren Ebene der Maschinensteuerung und ergänzen das KI-basierte „Gehirn“ von Dexterity, das Entscheidungen trifft. Der Formfaktor mit Hutschienen-Montage wurde gewählt, weil er sich sehr gut in die kompakte Konstruktion des Roboters integrieren lässt und die Wartungsfreundlichkeit vor Ort verbessert.
Dexterity nutzt die auf einer Leiterplatte montierten EtherCAT-I/O-Klemmen der EJ-Serie von Beckhoff anstelle der herkömmlichen, verdrahteten I/O-Klemmen, um den Montageaufwand weiter zu reduzieren, wenn die Produktion skaliert und größere Stückzahlen von superhumanoiden Robotern gebaut werden. Die Klemmen lassen sich schnell und einfach einstecken, was den Verkabelungsaufwand für den Mech minimiert und die Effizienz der Serienproduktion maximiert.
Die direkt an der Maschine montierbare EtherCAT Box für I/O ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, um die Verkabelung des Mech möglichst kurz und die Baugröße kompakt zu halten. Zusätzlich zur allgemeinen Datenerfassung über mehrere Netzwerke bieten diese I/O-Module mit Schutzart IP67 weitere Sonderfunktionen. „Wir verwenden die IMU (Inertial Measurement Unit), um die Maximalposition zu verfolgen und die Motion Controls entsprechend anzupassen“, erläutert Matzliach. Zu diesem Zweck nutzt Dexterity die EtherCAT Box EP3751-0260 von Beckhoff, die einen Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop (IMU) in einem IP67-Gehäuse enthält. „Dieser nahtlose Prozess hat zusätzliche Herausforderungen überwunden, mit denen wir bei anderen Geräten in der Vergangenheit konfrontiert waren. Wir sind so in der Lage, schneller ausgereifte, für die Produktion geeignete Produkte zu entwickeln.“
Dieser Full-Stack-Ansatz war entscheidend, um den nötigen Grad an Leistung, Sicherheit und Flexibilität zu erreichen, damit mittels physischer KI gesteuerte Roboter in realen Produktionsumgebungen eingesetzt werden können und der Mech auch in den kommenden Jahren mit seiner Performance im Feld überzeugt.
Bessere, schnellere und leistungsfähigere Lagerhaltung
Der EtherCAT-fähige Mech von Dexterity ist ein großer Schritt nach vorn für Teams, die mit der Integration superhumanoider Roboter in Produktionsumgebungen befasst sind. Neben der Verbesserung der Arbeitssicherheit und der Verringerung des Verletzungsrisikos bietet der Mech einen höheren Durchsatz und Einsparungen bei Betriebseffizienz, Inbetriebnahmezeit und Ausrüstungskosten. Zu diesen Vorteilen kommt die Aussicht auf reduzierte Stillstandszeiten durch moderne Diagnose- und Fernunterstützungsfunktionen. Um die Nachhaltigkeit zu verbessern, arbeiten Logistikunternehmen an einer optimalen Nutzung der Kapazität von Lkw. Die physische KI des Mech optimiert die Anordnung der Pakete und nutzt so jeden Zentimeter der verfügbaren Ladekapazität.
Mit der Leistung des Mech entwirft Dexterity das Bild einer Zukunft, in der superhumanoide Roboter zum Standard in Lagern werden, um das strapaziöse Be- und Entladen von Lkw, das Palettieren und Depalettieren und vieles mehr zu übernehmen. Schon bald werden zu Lagerteams neue Spezialisten zählen, nämlich „Mech-Piloten“, die sich mit der Steuerung und Optimierung des Robotereinsatzes befassen. Diese Piloten werden sicherstellen, dass die Mechs für die richtigen Aufgaben eingesetzt und die Arbeitsabläufe so umstrukturiert werden, dass die Roboter mit höchster Effizienz arbeiten können. Flottenleiter werden dabei die Leistung im gesamten Lager überwachen, nicht ausgelastete Roboter erkennen, diese bei Bedarf anderweitig einsetzen und nach Möglichkeiten suchen, den Automatisierungsgrad zu erhöhen, um die Produktivität ihres Standorts zu steigern – und das alles, ohne die Mitarbeiter zusätzlichen Sicherheitsrisiken oder Stress auszusetzen.
Über die einzelnen Lagerhäuser hinaus liegt der eigentliche Durchbruch auf Netzwerkebene. Da die Mechs qualitativ hochwertige Datenströme generieren, etwa Durchsatzmetriken und Daten zu betrieblichen Engpässen, sind Unternehmen in der Lage, dynamisch Maßnahmen zur kontinuierlichen Verbesserung zu implementieren und Kapazitäten in den Vertriebszentren umzuverteilen. Kommt es beispielsweise an einem Standort zu Verzögerungen durch verspätete Lieferungen, können zusätzliche Kapazitäten an benachbarte Standorte umgeleitet werden, damit das gesamte Logistiknetzwerk belastbar und effizient bleibt. Kurz gesagt: Der Mech ist auf dem besten Weg, die Logistik neu zu gestalten, indem er neue Möglichkeiten erschließt und die gesamte Lieferkette auf ein neues Niveau hebt.
Skalierbare Robotik: Der Mech jenseits des Lagers
Dexterity entwickelt den Mech kontinuierlich weiter, um immer neuen Anforderungen der Branche gerecht zu werden. Und die Technologie von Beckhoff gibt Dexterity die nötige Flexibilität, Lösungen für neue Anwendungen zu skalieren, ohne sie neu entwickeln zu müssen.
„Es gibt eine Vielzahl von Bereichen, in denen ein hoher Bedarf an körperlicher Arbeit besteht, aber nur wenige Arbeitskräfte zur Verfügung stehen, oder in denen es für den Prozess besser ist, wenn keine Menschen involviert sind“, erklärt Perry. Ein solcher Bereich ist die Arzneimittelproduktion. Die Verringerung der Anzahl menschlicher Berührungspunkte ist bei pharmazeutischen Erzeugnissen unglaublich wichtig: Dies erhöht die Qualität, die Sicherheit und letztlich die Gesundheit. „Der Mensch wird in der Pharmabranche immer eine Rolle spielen“, fügt Perry hinzu. „Wenn es jedoch um den Umgang mit Pharmaprodukten geht, um die Kommissionierung, das Verpacken und den Transport von einem Reinraum in einen anderen, wird der Einsatz von Robotern von entscheidender Bedeutung für den Schutz der Lieferkette sein.“
Da sich der Mech und seine physische KI kontinuierlich an unterschiedliche Branchen anpassen, ermöglicht die skalierbare Automatisierungstechnik von Beckhoff Dexterity den Einsatz von Robotern, die durch die Reduzierung des menschlichen Kontakts in kritischen, risikoreichen Prozessen die Sicherheit und Effizienz steigern. Dieser Ansatz schützt nicht nur Menschen und Produkte, sondern ebnet auch den Weg für eine erweiterte Automatisierung in Umgebungen, in denen Präzision und Sicherheit an erster Stelle stehen.
Die Kooperation von Dexterity mit Branchenschwergewichten wie FedEx, Sagawa Express und UPS hat bereits bewiesen, wie die Physical-AI-Plattform des Unternehmens eine der größten logistischen Herausforderungen unserer Zeit mit der Kraft von menschenähnlichem Denken und KI-gestützter Robotik lösen kann. Mit dem Mech weitet Dexterity nun seine Vision auf das gesamte Lager und darüber hinaus aus und bietet eine skalierbare Lösung, die nicht nur die Mitarbeiter schützt, sondern auch eine gleichbleibende Leistung und Ausfallsicherheit bei anspruchsvollen Anwendungen gewährleistet. In Vertriebs- und Logistikzentren werden Roboter häufig als Lösung bei Personalmangel und für Gefahrenbereiche eingesetzt. „Die Strategie von Dexterity – auf einem Standard-Fahrgestell aufzubauen, das für vielfältige Anwendungen angepasst werden kann – bietet Endanwendern einen hochflexiblen und vorteilhaften Ansatz“, sagt Doug Schuchart, Global Intralogistics Industry Manager bei Beckhoff. „Die Ergebnisse zeichnen sich bereits beim Be- und Entladen von Lkw deutlich ab, aber die zukünftigen Möglichkeiten für den Mech sind grenzenlos.“
Durch die Kombination von Robotik-Know-how mit der integrierten Automatisierungstechnik von Beckhoff definiert Dexterity die Möglichkeiten in der Logistik neu: intelligentere, KI-gesteuerte Abläufe, sicherere Arbeitsplätze und eine Zukunft, in der Menschen und Roboter Seite an Seite arbeiten, um Lieferketten auf Hochtouren laufen zu lassen.