Cobots

Funktionsweise und Einsatz in der Industrie von Cobots: kollaborativer Roboter

Mit Cobots werden Kollaborative Roboter bzw. Kollaborierende Roboter, aus dem englischen collaborative robots, bezeichnet und sind Industrieroboter, die zusammen mit Menschen arbeiten. Cobots sind so konstruiert, dass sie in einem gemeinsamen Arbeitsumfeld ohne Käfige bzw. Schutzeinrichtungen arbeiten können und den Menschen bei komplexen Aufgaben, die nicht vollständig automatisierbar sind, assistieren. Damit bilden Kollaborative Roboter für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) die Grundlage. Einsatz finden Kollaborierende Roboter bspw. bei Monteurs- oder qualitätssichernden Arbeiten. Cobots werden meistens als reine Leichtbauroboter eingesetzt.

Synonym(e): Kollaborierende Roboter, Kollaborative Roboter

Definition & Aufbau von Cobots

Cobots als Grundlage für die Mensch-Roboter-Kollaboration

Kollaborative Roboter sind in ihrer Ursprungsform von den US-amerikanischen Erfindern und Professoren wie folgt definiert worden:
"Ein Apparat und eine Methode zur direkten physischen Interaktion zwischen einer Person und einem Allzweck-Manipulator der von einem Computer gesteuert wird."
- James Colgate & Michael Peshkin

Cobots bestehen aus mehreren Komponenten:

• einer intelligenten Steuerungstechnik
• mehreren hochsensiblen Sensoren
• einer modernen Softwaretechnologie
• Einzel- oder Doppelarm

Unterscheidung Cobots vs. Robots / Kollaborative Roboter vs. Industrieroboter

Was ist ein kollaborierender Roboter?

Folgende Punkte erleichtern die Unterscheidung zwischen Cobot und einem normalen/klassischen Industrieroboter:

1. Cobots sind für die Zusammenarbeit mit dem Mensch geschaffen und befinden sich in einem kooperativen Arbeitsumfeld. Industrieroboter hingegen arbeiten hinter Schutzzäunen, da sie keine Rücksicht auf Mitarbeiter nehmen.
2. Bei riskanten oder anspruchsvollen Aufgaben übernehmen Cobots. Diese können z.B. der Umgang mit scharfkantigen, spitzen, heißen oder anderen gefährlichen Gegenständen sein.
3. Cobots agieren intelligent, da sie durch Sensoren bei Berührung sofort still stehen. Damit wird die Sicherheit in der MRK (Mensch-Roboter-Kollaboration) (MRK) deutlich erhöht. So können Schutzzaun oder Sicherheitsgehäuse vermieden werden.
4. Einfache Programmierung der Cobots (und eigenständiges Dazulernen). Industrieroboter (siehe auch Hersteller Industrieroboter) werden mit speziellen Programmierskills eingestellt. Cobots sind demnach flexibel und lernfähig und können schnell umprogrammiert und für verschiedene Aufgaben eingesetzt werden.
5. Cobots können "verschoben" werden und vom einen Ort der Produktionskette zu einem anderen. Die Montage ist an nahezu fast jeder beliebigen Fläche möglich. Im Gegensatz zu klassischen Industrierobotern sind sie deutlich leichter und oftmals manuell von einer Person tragbar.

Einsatz-/Anwendungsgebiete von Cobots

Cobots auf der Hannover Messe 2017

Kollaborierende Roboter können an so gut wie allen Orten einer Produktionskette eingesetzt werden. Sie arbeiten dabei Hand in Hand mit den Menschen und nehmen Aufgaben ab. In großen Produktionshallen sind Cobots nicht mehr wegzudenken. Sie können an beliebigen Flächen horizontal, vertikal oder an der Decke angebracht werden. Die kollaborierenden Roboter übernehmen Montagearbeiten, können schwere oder komplexe Bauteile heben, drehen, halten. Außerdem werden sie für Über-Kopf-Arbeiten eingesetzt oder zur Belieferung der Arbeitsplätze.
Cobots werden auch als Unterstützung für Menschen mit erhöhtem Förderbedarf oder Schwerbehinderte bei der Arbeit eingesetzt. Er arbeitet den Mitarbeitern unmittelbar zu.

Einsatzbereiche auf einen Blick:

• Palettieren
• Messen, Prüfen, testen
• Verpacken & Kommissionieren
• Pressen und Befestigen
• Montage, Bestücken, einlegen
• Klebe- und Dichtmittel auftragen
• Schweißen (Welding Cobots)

Sicherheit von Cobots

Die Sicherheit der Cobots wird in der ISO TS 15066 geregelt und befasst sich mit dem Robotereinsatz im Kollaborationsbetrieb. Hierbei werden folgende Punkte zur Sicherheit unterschieden:

1. Überwachter Halt: Stop-Funktion des Roboters bei Betreten des Arbeitsumfelds durch einen Mitarbeiter
2. Handführung: Steuerung der Bewegungen mithilfe von Sensorik durch einen Mitarbeiter
3. Geschwindigkeits- & Abstandsüberwachung: Kontaktvermeidung von bewegtem Cobot und Mensch, Schutz via Laserscanner oder andere Kamerasysteme
4. Leistungs- & Kraftbegrenzung: Eindämmung der Kontaktkräfte zwischen Mensch und Cobot durch Festlegung maximaler Kraft- & Druckwerte

Vorteile von Cobots

Flexibles Halter System (FHS) für Cobots - Quelle: Murrplastik

Cobots bzw. Kollaborierende Roboter bieten durch die zwangsläufig damit verbundene Roboterautomatisierung einen neuen Zugang:

• hohe Flexibilität für die Produktion
• Reduzierung von Gefahren wie z.B. Verletzungen
• die Sensorik sorgt für eine Steigerung der Produktivität
• Mitarbeiter werden durch Cobots bei gefährlichen oder ungünstigen manuellen Arbeitsschritten entlastet
• die Aufgaben der Cobots werden qualitativ hochwertig ausgeführt
• Ausbleiben der zusätzlichen Kosten für Schutz um das Arbeitsumfeld der Industrieroboter herum
• kostengünstig für die Kleinserienfertigung und Erschließung neuer Marktbereiche
• häufig einfache Programmierung (auch durch optisch angepasste visuelle Oberflächen zur Eingabe der Befehle)

Hersteller/Anbieter von Cobots

Cobots, also mit Sensoren ausgestattete Kollaborative Roboter, bieten besondere Möglichkeiten für die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Darüber hinaus können insbesondere mittelständische Unternehmen ihre Wettbewerbsfähigkeit durch den Einsatz von Cobots steigern.

Kuka

Kuka bietet u.a. den LBR iiwa mit sieben Bewegungsachsen an. Er trägt sieben oder 14 Kilogramm.

Universal Robots

Mit der e-Series (UR3e, UR5e, UR10e, UR16e) bietet Universal Robots von drei bis zehn Kilogramm Cobots an.

ABB

ABB bietet die Yumi Reihe an mit dem Einzel- oder Doppelarm.

Voith Robotics

Voith Robotics und Franka Emika bieten einen Cobot mit max. drei Kilogramm Traglast an.

Denso Robotics

bietet beispielsweise den Cobotta mit einer Tragelast von 500 Gramm an. Der Cobot selbst wiegt nur vier Kilogramm.

Kawasaki Robotics

Bei Kawasaki gibt es den Duaro-SCARA Roboter, der unabhängig 2-Arm-Tätigkeiten ausführen kann.

Festo

Festo bietet den BionicCobot an, der als Helfer in der MRK (Mensch-Roboter-Kollaboration) zum Einsatz kommt. Der Bionic Cobot ist als pneumatischer Leichtbauroboter zu haben und imitiert eine menschliche Bewegungsdynamik. Aufgebaut ist der Bionic Cobot wie ein menschlicher Arm, bestehend aus Schulterbereich, Ellbogen und Unterarm. Seinen Einsatz findet ein BionicCobot in kollaborativen Arbeitsräumen. Festo verspricht dabei eine hohe Sicherheit bei der Interaktion von Mensch und Roboter, u.a. durch die leichte Struktur und das Fehlen der Elektromotor.

Lorch

Lorch kombiniert die typischen Pick'n'Place Anwendungen eines Cobots mit dem Schweißen und liefert damit das sog. Cobot Welding Package, bei dem die Schweißanwendung in den Arbeitsprozess integriert werden kann. Zustätzlich gibt es mit der Cobotronic eine Cobot-Schweißsoftware.

Zubehör/weitere Komponenten

Murrplastik

Murrplastik ist kein Hersteller von Cobots, bietet stattdessen Energiezuführung für Cobots an.

Innovationen

Immer wieder gibt es bei den Kollaborativen Robotern Innovationen wie bspw. der Roboter Panda des StartUps Franka Emika. Hierbei sollen Cobots kostengünstig erworben werden können und leicht zu bedienen sein. Preise hierfür starten schon im unteren fünfstelligen Bereich. Das Unternehmen ist eine Kooperation mit dem Konzern Voith eingegangen und hat eine strategische Partnerschaft gegründet.