Autonome bodengebundene Inspektionsroboter für Industrieanlagen (Beine & Räder, Kontrollrundgänge)

Bediener in Chemieanlagen, Zementwerken, Raffinerien, Umspannwerken und auf Offshore-Plattformen gehen Rundgänge, um Messgeräte abzulesen, auf Lecks zu horchen und heiß laufende Lager zu ertasten, oft an gefährlichen oder schwer zugänglichen Orten. Bodenroboter, vierbeinige wie ANYmal und Spot oder radgetriebene Plattformen, fahren diese Rundgänge heute autonom nach Zeitplan, tragen Wärmebild-, Akustik- und Gassensoren, lesen analoge Instrumente mit Bildmodellen ab und übergeben die Ergebnisse an Instandhaltungssysteme. Der Nutzen sind häufigere, konsistentere Daten und weniger Personen in Gefahrenbereichen.

Problem & Nutzen

• Heute: Schichtbediener gehen feste Rundgänge mit Checklisten auf Papier oder Tablet. Die Abdeckung wird durch Schichtmodelle, Zugänglichkeit (Treppen, Gitterroste, enge Bereiche) und Gefahren (explosionsfähige Atmosphären, Hitze, Lärm, Hochspannung) begrenzt. Viele Messgeräte sind analog und eine Nachrüstung mit Sensoren lohnt sich nicht.
• KI-Nutzen: Der Roboter wiederholt dieselbe Route mit denselben Sensorposen, sodass die Messwerte über Monate vergleichbar sind. Bildmodelle lesen analoge Anzeigen und Schaugläser ab; thermische und akustische Referenzwerte decken Abweichungen früher auf als ein Rundgang von Hand; Ergebnisse landen als strukturierte Daten statt als Papiernotizen. Beschäftigte werden aus den gefährlichsten Bereichen herausgenommen, nicht aus der Anlage.
• Belege aus Einsätzen (Herstellerangaben): ANYbotics berichtet von mehr als 33.000 Inspektionen durch ANYmal im Zementwerk Vigier und rund 200 im Einsatz befindlichen Einheiten bei Industriekunden; BASF hat ATEX-Zone-1-Roboter unter Chemieanlagen-Bedingungen erprobt. Betrachten Sie dies als Herstellerangaben und fragen Sie bei Referenzkunden nach Fehlalarmquoten und Verfügbarkeit, bevor Sie einen Business Case dimensionieren [1][2].

Varianten

• Chemie, Petrochemie, Öl und Gas (explosionsfähige Atmosphären): ATEX-/IECEx-zertifizierte Roboter für Zone 1/2 (Gas) und Zone 21/22 (Staub); Gas- und akustische Lecksuche. Dies deckt die zusammengeführte Variante „autonome Roboter-Kontrollrundgänge in Industrieanlagen“ ab, einschließlich der BASF-Erprobung und der Belege zu ATEX Zone 1.
• Zement, Stahl, Bergbau: Staub und Hitze; thermische Kontrollen von Öfen, Förderern, Lagern.
• Energie und Versorger: Umspannwerke und Schaltanlagen, mit Wärmebildgebung und akustischer Teilentladungserkennung; die ANYmal-Seite nennt die Inspektion von RTE-Umspannwerken [1].
• Offshore-Plattformen: Betrieb mit reduzierter Besatzung und Fernüberwachung.

So funktioniert es

1. mission plan (waypoints, sensor actions per asset, schedule)
2. autonomous navigation (LiDAR/visual SLAM, obstacle avoidance, stairs, doors)
3. capture at each waypoint (RGB/zoom, thermal, ultrasonic microphone, gas sensors)
4. on-robot/edge analysis (gauge reading, thermal ROI temperature, acoustic anomaly score)
5. fleet software (e.g. Orbit, Yokogawa OpreX, ANYbotics software)
6. baselines and trends
7. alert/work-order proposal in CMMS/APM
8. human review and decision
9. docking, charging, next mission

• Navigation: Der Roboter erstellt bei einem ersten ferngesteuerten Durchlauf eine Karte und spielt die Mission dann erneut ab. Innerhalb von Gebäuden ist kein GPS nötig. Vierbeinige Roboter bewältigen offene Gitterrost-Treppen, niedrige Kriechräume sowie unebene oder nasse Böden [1].
• Wahrnehmung: Eine Aufnahme mit fester Pose vereinfacht die Analyse. Das Ablesen von Anzeigen nutzt einen Detektor, der das Zifferblatt findet, Keypoints oder Segmentierung des Zeigers und eine Kalibrierung auf die Skala; VLMs ergänzen das Lesen von Schaugläsern, Schildern und digitalen Anzeigen. Thermische Bereiche und akustische Spektren werden mit den Referenzwerten der Anlage verglichen; unüberwachte Anomalieerkennung markiert, was Schwellwerte übersehen.
• Sensoren (Beispiel ANYmal): Kamera mit 20-fachem optischem Zoom, Wärmebildkamera (-40 bis 550 Grad C), Schwenk-Neige-Einheit, Ultraschallmikrofon (0-384 kHz), 360-Grad-LiDAR, optionale akustische Gasleck-Kamera und Gaskonzentrationssensoren, rund 90 Minuten Laufzeit und automatisches Andocken [1].
• Mensch-in-der-Schleife (Human-in-the-Loop): Bediener überwachen Missionen, geben Arbeitsaufträge frei und steuern per Fernbedienung, wenn der Roboter feststeckt; Abschaltentscheidungen stützen sich nie allein auf KI-Messwerte.

Datenaufbereitung

Der Roboter braucht eine Anlagenkarte, Inspektionsrouten und -punkte, Referenzbilder und Messwerte je Anlage sowie Verknüpfungen zu Instandhaltungs- und Anlagendaten. Diese liegen in CMMS/EAM oder ERP (Anlagenstamm), als R&I-Schemata und PDFs auf Dateiablagen, in SCADA-/Historian-Systemen, als Rundgangsbögen auf Papier und im Wissen erfahrener Bediener.

Typische Lücken: fehlende oder uneinheitliche Anlagen-IDs zwischen CMMS, SCADA und Zeichnungen, veraltete Pläne, papierbasierte Rundgangsprotokolle, keine historischen Bilder von Normal- und Fehlerzuständen, keine definierten Schwellwerte für Anzeigen und Wärmebildwerte sowie unklare Zugriffsrechte zwischen OT- und IT-Netzen.

Schritte der Aufbereitung: Anlagen-IDs und Stammdaten vereinheitlichen (PREP-005, PREP-011), Rundgangsbögen und Zeichnungen digitalisieren (PREP-006, PREP-008), Inspektionspunkte und Befundkategorien gemeinsam mit der Instandhaltung festlegen (PREP-019), über mehrere Rundgänge Referenzbilder und Messwerte aufzeichnen und Abweichungen mit Experten beschriften (PREP-018, PREP-020) und schreibgeschützte Datenexporte aus Historian und CMMS einrichten. Klären Sie die OT/IT-Netzzonen früh mit der IT-Sicherheit.

Grober Aufwandsanteil: etwa 30 Prozent, überwiegend Anlagendaten und Erfassung der Referenzwerte. Siehe GUIDE-003; für Sensor-Zeitreihen auch DATA-003.

Umsetzungswege

Welcher Weg für wen

• Großunternehmen: Weg A, weil etablierte Inspektionsroboter-Plattformen mit zertifizierter Hardware und fertiger Inspektionssoftware existieren, was zu Standardrundgängen in Anlagen passt; Weg B oder C nur für strategische Inspektionsanalytik.
• Entwickler: Weg C, weil ROS 2, Nav2 und offene Bildmodelle auf HW1-Edge-Hardware laufen und den Bau und die Anpassung eigener Inspektionssoftware erlauben.

Weg A — Kaufen (Standardsoftware) (empfohlen)

• Vierbeinig: ANYbotics ANYmal (Zürich, Schweiz, EU-nah; ATEX-/IECEx-Varianten für explosionsgefährdete Bereiche; Yokogawa hat die Integration seiner OpreX-Robotermanagement-Software angekündigt [3]), Boston Dynamics Spot mit Orbit und dem Spot SDK (USA; industrielle Inspektion mit thermischen und visuellen Nutzlasten [2]), Unitree und Deep Robotics (China; günstiger, prüfen Sie Cybersicherheit und Lieferkettenvorgaben für kritische Infrastruktur).
• Radgetrieben/Software (EU): Taurob (Österreich, ATEX-orientiert), Energy Robotics (Deutschland, herstellerübergreifende Softwareschicht mit Anbindung an SAP PM, Maximo, AVEVA PI).
• Wählen Sie A, wenn: Sie ein unterstütztes, zertifiziertes System wollen. Explosionsschutz-Zertifikate, Sicherheitsnachweise und Wartungsverträge zählen mehr als Modellneuheit.

Weg B — Auf Cloud-KI-Diensten aufbauen

• Nutzen Sie das SDK des Roboterherstellers (z. B. Spot SDK) für Missionen und Datenerfassung und senden Sie die Bilder dann an ein multimodales Modell (Gemini, GPT, Claude, Mistral) mit einem JSON-Schema zum Ablesen von Anzeigen, Ventilen und Schildern. Nutzen Sie EU-Regionen und senden Sie nur zugeschnittene Anlagenbilder, ohne Personen.
• Gut für Piloten und ungewöhnliche Instrumente; Latenz und Konnektivität machen es für Sicherheitsfunktionen ungeeignet.

Weg C — Selbst betreiben (Open Source)

• Roboter-Middleware: ROS 2 mit Nav2 für die Navigation, slam_toolbox oder RTAB-Map für die Kartierung, OpenVINS oder Ähnliches für visuell-inertiale Odometrie. NVIDIA Isaac ROS für GPU-beschleunigte Wahrnehmung.
• Wahrnehmung: Detektoren der YOLO-Klasse, Segmentierung der SAM-Familie, offene VLMs (Qwen-VL-Familie), vor Ort betrieben; Open-Source-Bibliotheken zur Anomalieerkennung wie anomalib für thermische/visuelle Referenzwerte.
• Hardware: HW1 am Roboter (Jetson-Orin-Klasse); HW2-Server vor Ort für VLM und Berichte.
• Aufwand: hoch; Sicherheit und Zertifizierung liegen bei Ihnen, daher nur mit einem Robotik-Team.

Weg D — Eigenes Training

Feintuning von Anzeige-Lesern auf Ihre eigenen Zifferblatttypen (je Typ Hunderte vom Roboter gesammelte Bilder) und von akustischen/thermischen Klassifikatoren je Anlagenklasse. Seltene Fehler erfordern simulierte Daten (ROBO-010).

Stand der Technik (2026)

• Praxisreife: Vierbeinige Roboter laufen in ausgewählten Anlagen routinemäßig; die meisten Standorte pilotieren noch 1-5 Roboter.
• Autonomie: Wiederholbare Missionen und Andocken sind Standard; Aufzüge, enge Rohrbrücken und Starkregen bleiben schwierig.
• Wahrnehmung: VLMs haben das Lesen von Anzeigen und Beschriftungen verbessert und den Kalibrieraufwand je Anzeige gesenkt, doch Blendung, Schmutz, ungewöhnliche Skalen und Parallaxe führen weiter zu Fehllesungen. Nutzen Sie eine Konfidenzschwelle und eine zweite Aufnahme, bevor Sie alarmieren.
• Grenzen: Eine Akkulaufzeit von rund 90 Minuten erfordert Andockstationen entlang langer Routen; Funk- abdeckung in Stahlkonstruktionen; Roboter können Fluchtwege blockieren oder Alarme auslösen; die ATEX- Zertifizierung begrenzt Nutzlasten und Sensoren; Fehlalarme untergraben das Vertrauen der Bediener schnell.

Gemeinsame Bausteine & Kombinationen

• Gleicher Wahrnehmungs-Stack (object-detection, image-classification, vlm, anomaly-detection): VIS-001, VIS-003 (Drohneninspektion), VIS-043 (Rohr-CCTV), VIS-007 (PSA-Überwachung).
• Datenabnehmer: PRED-006 vorausschauende Wartung nutzt den Roboter als Datenquelle; ANOM-013 Leckerkennung; Instandhaltungs-Arbeitsauftragsfluss im CMMS.
• Robotik-Stack: ROBO-002 AMR (gemeinsame Navigation und Flottenverwaltung), ROBO-006 Drohnen (Kombination aus Luft und Boden bei hohen Strukturen), ROBO-010 Simulation für Training und Missionstests, ROBO-016 Sicherheitsfunktionen für Roboter in der Nähe von Menschen, ROBO-004 für künftige Manipulation.

Aufwand, Kosten & Kennzahlen

• Weg A: Pilot in 2-4 Monaten (Routenkartierung, Integration, Sicherheitsbewertung); Roboter sind je Einheit eine sechsstellige Investition mit Abonnement, holen Sie daher Angebote bei Anbietern ein; ATEX-Varianten kosten mehr.
• Weg B/C: 6-12+ Monate mit einem Robotik-Team.
• Kostentreiber: Roboter, Dockingstation, Nutzlasten, CMMS/APM-Integration, Sicherheitsnachweis, Netzabdeckung.
• Kennzahlen: Missionsabschlussquote, Verfügbarkeit, Inspektionen pro Woche, gefundene Anomalien im Verhältnis zu Fehlalarmen, Ablesegenauigkeit gegenüber manuell, Zeit von der Erkennung bis zum Arbeitsauftrag, vermiedene ungeplante Stillstände, Personenstunden in Gefahrenbereichen.

Menschen & Veränderung

Beziehen Sie vom ersten Tag an die Geschäftsleitung, die Anlagen- oder Instandhaltungsleitung (Prozessverantwortliche), die Bediener und Inspekteure, die heute die Rundgänge gehen, die IT und insbesondere die IT-Sicherheit für das OT-Netz, die Dateneigner der CMMS- und SCADA-Daten sowie den Betriebsrat ein (GUIDE-001).

Betriebsrat: ja. Autonome Roboter mit Kameras bewegen sich durch Arbeitsplätze und erfassen Personen und Tätigkeiten; Protokolle zu Routen, Befunden und Reaktionen können geeignet sein, Verhalten zu überwachen (§87 Abs. 1 Nr. 6 BetrVG, objektive Eignung genügt). Informieren Sie den Betriebsrat rechtzeitig über KI-geplante Arbeitsabläufe (§90 Abs. 1 Nr. 3), ziehen Sie einen Sachverständigen in Betracht (§80 Abs. 3) und schließen Sie eine Betriebsvereinbarung zu Kamerazonen, Aufbewahrung und dem Verbot der Leistungsbewertung (GUIDE-004). Öffentliche Betreiber beteiligen den Personalrat.

Datenschutz: Personen auf Bildern sind personenbezogene Daten; beziehen Sie die(den) Datenschutzbeauftragte(n) ein, nutzen Sie die Unkenntlichmachung von Gesichtern oder Sperrzonen, legen Sie Zweck und Aufbewahrung fest und führen Sie eine Datenschutz-Folgenabschätzung (DSFA) durch, wo die Aufzeichnung systematisch erfolgt (GUIDE-005).

KI-Kompetenz: Unterstützen Sie Bediener mit Schulungen zum Lesen der Roboterbefunde, zu Fehlalarmen und zur manuellen Übersteuerung (GUIDE-006). Typische Sorgen sind Überwachung und Arbeitsplatzverlust; erklären Sie, dass der Roboter gefährliche oder monotone Rundgänge übernimmt, dass Inspekteure sich zu Analyse und Entscheidung hin entwickeln und dass Befunde Vorschläge sind, keine Urteile (GUIDE-008). Pilotieren Sie in einem Bereich mit Freiwilligen, messen Sie Erkennungsqualität und Fehlalarme (GUIDE-009) und behalten Sie den Menschen in der Kontrolle, indem Beschäftigte Befunde bestätigen, Arbeitsaufträge auslösen und den Roboter jederzeit stoppen können.

Risiken, Regulierung & Compliance

• Explosionsschutz: Der Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen erfordert nach Richtlinie 2014/34/EU (ATEX) und international nach IECEx zertifizierte Betriebsmittel; das Explosionsschutzdokument des Betreibers nach Richtlinie 1999/92/EG und die Zoneneinteilung müssen den Roboter, seine Ladestation und die Nutzlasten abdecken [4].
• Maschinen: Der Roboter ist eine Maschine; die Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 gilt ab 20. Januar 2027 und ersetzt die Maschinenrichtlinie, mit besonderen Regeln für Sicherheitskomponenten mit selbstentwickelndem Verhalten. Planen Sie CE-Konformität und Risikobeurteilung entsprechend [5].
• KI-Verordnung (AI Act): Die Einstufung hängt vom Einsatz ab. Reine Zustandsüberwachung einer Industrieanlage hat meist minimales Risiko. KI als Sicherheitskomponente von Maschinen (Anhang I) oder kritischer Infrastruktur (Anhang III) kann hochriskant sein; prüfen Sie jeden Fall. Ein Problem nach Art. 5 entsteht nicht, wenn der Roboter nicht zur Emotionserkennung bei Beschäftigten oder zur biometrischen Kategorisierung genutzt wird; zweckentfremden Sie den Roboter nicht als Überwachungswerkzeug für Beschäftigte [6].
• DSGVO und Betriebsräte: Kameras und Mikrofone erfassen Beschäftigte. Legen Sie Sperrzonen fest, machen Sie Personen unkenntlich, halten Sie die Aufbewahrung kurz, führen Sie eine DSFA durch und beziehen Sie den Betriebsrat ein (DE: §87 BetrVG).
• Cybersicherheit: Wenden Sie IEC-62443-Segmentierung und die NIS2-Pflichten an; prüfen Sie die Lieferkette von Robotern aus Nicht-EU-Ländern.
• Betriebliche Risiken: Kollisionen, blockierte Fluchtwege, falsch gelesene Anzeigen. Nutzen Sie Geofences, Not-Halt und feste Sensoren für sicherheitskritische Punkte; der Roboter ergänzt Sicherheitssysteme.

Erste Schritte

1. Die Rundgänge auflisten: Anlagen, Instrumente, Häufigkeit, Gefahren. Eine Route mit 20-50 Kontrollpunkten auswählen.
2. Zugänglichkeit (Treppen, Türen, Bodenart, Zonen) und Funkabdeckung prüfen; die Zoneneinteilung bestätigen.
3. Einen 3-monatigen Piloten mit dem Roboter eines Anbieters durchführen und die Roboter-Messwerte mit den manuellen Ablesungen der Bediener vergleichen.
4. Alarme in CMMS/APM integrieren, mit menschlicher Freigabe für Arbeitsaufträge; Aufbewahrung und DSFA vereinbaren.
5. Kennzahlen messen und über Roll-out, weitere Dockingstationen und zusätzliche Sensoren entscheiden.

Quellen

1. ANYbotics — ANYmal inspection robot (sensors, docking, industrial use) — https://www.anybotics.com/robotics/anymal/
2. Boston Dynamics — Spot product page (Orbit, SDK, industrial inspection) — https://bostondynamics.com/products/spot/
3. ANYbotics — Yokogawa OpreX integration with ANYmal — https://www.anybotics.com/news/yokogawa-and-anybotics-to-integrate-oprex-robot-management-core-software-with-anymal-robotic-inspection-solutions/
4. Directive 2014/34/EU (ATEX equipment) — https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2014/34/oj
5. Regulation (EU) 2023/1230 (Machinery Regulation) — https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2023/1230/oj
6. Regulation (EU) 2024/1689 (AI Act) — https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2024/1689/oj
7. Nav2 (ROS 2 navigation) — https://docs.nav2.org
8. anomalib (open-source anomaly detection) — https://github.com/openvinotoolkit/anomalib