Willkommen im Zeitalter des Cobots

Kollaborative Roboter können durch eine engere Interaktion mit Menschen erhebliche Vorteile bringen – sie benötigen jedoch einen hochwertigen Austausch von Teilen, um Sicherheit und Produktivität zu gewährleisten

Artikel von | EU-Automatisierung

Hochleistungs-Industrieroboter sind seit vielen Jahren unverzichtbare Ausrüstung in Fabriken und ermöglichen es Herstellern, ein hohes Maß an Konsistenz und Wiederholbarkeit zu liefern und so die Produktivität zu steigern.

Allerdings führt das sich ändernde Verbraucherverhalten zu einer erhöhten Nachfrage nach mehr Individualisierung in der Produktion, und intelligente Fertigung und ein hoher Automatisierungsgrad werden zur Norm. Dies wiederum führt zu einem Bedarf an kleineren, leichteren und agileren Maschinen, die in engerer Beziehung zu den Arbeitern eingesetzt werden können. Geben Sie den kollaborativen Roboter oder „Cobot“ ein.

Cobots können repetitive Aufgaben übernehmen, die Präzision erfordern, und sie werden zu einem großen Geschäft. Zwischen 2017 und 2020 haben sich die Cobot-Installationen weltweit verdoppelt, von etwa 11.000 auf 22.000. Und eine Studie von BIS Research zeigt, dass der globale Markt für Cobots voraussichtlich von 580 Millionen US-Dollar im Jahr 2018 auf unglaubliche 9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 wachsen wird.

Während eine stärkere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine wünschenswert ist, bringt die breitere Einführung von Cobots einige Herausforderungen mit sich – nicht zuletzt im Bereich der Sicherheit. Der Erfolg hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab: von einer angemessenen Schulung (für Mensch und Maschine) bis hin zum Zugang zu zuverlässigen Komponenten wie Sensoren, die den Cobots helfen, ihre Umgebung zu verstehen und entsprechend zu reagieren.

Schauen wir uns also die Rolle von Cobots in modernen Industrieumgebungen an und erklären, wie Sie sie auf einem optimalen Betriebsniveau halten können.

Industrieroboter haben nachweislich die Fähigkeit, die Produktion zu vereinfachen und zu optimieren. Traditionell erfordern sie jedoch hohe Investitionskosten, sind schwieriger zu erlernen als Menschen und stellen einige Sicherheitsprobleme dar. Im Folgenden sind einige der Faktoren aufgeführt, die berücksichtigt werden müssen:

Unter dem Gesichtspunkt der Kosten sind Industrieroboter keineswegs eine unbedeutende Anschaffung. Sie bieten zwar eine gute Kapitalrendite, erfordern jedoch einen engagierten und überlegten Ansatz, der große Geldsummen erfordert. Sie erfordern in der Regel eine hohe Vorabinvestition sowie zusätzliche Installations- und Konfigurationskosten. Es sind auch zukünftige Wartungskosten zu berücksichtigen.

Die Programmierung und Schulung von Industrierobotern für ihre spezifischen Aufgaben ist arbeitsintensiv und erfordert erfahrene Techniker mit Fachkenntnissen. Diese Tätigkeit ist für den Hersteller mit einem höheren Preis verbunden, der diese Experten intern beschäftigen muss. Und es ist kein Einzelfall: Wenn Änderungen erforderlich sind oder die Software aktualisiert werden muss, können zusätzliche Kosten anfallen.

Auch bei der Programmierung eines Roboters ist Vorsicht geboten. Bei unsachgemäßer Ausführung kann es zu Fehlfunktionen oder einem ineffizienten Betrieb kommen.

Industrieroboter sind alles andere als diskret: Es handelt sich um große und sperrige Maschinen, die schnelle und wiederholte Bewegungen ausführen, die eine Gefahr und ein Risiko für die Arbeiter darstellen können. Dies erfordert den zusätzlichen Aufwand für das Anbringen robuster Sicherheitskäfige rund um die Roboter, um menschliche Kollegen zu trennen und zu schützen.

Während die neuesten Industrieroboter über viele Sicherheitsfunktionen verfügen, fehlt älteren Maschinen, die schon seit einiger Zeit im Einsatz sind, möglicherweise die sensorische Fähigkeit, Objekte, einschließlich Menschen in der Nähe, zu erkennen, was sie anfällig für Kollisionen und mögliche Unfälle macht.

Industrieroboter wurden im Schwermaschinenbau wie der Automobilmontage entwickelt und sind stark genug, um Objekte mit einem Gewicht von mehreren hundert Kilogramm zu heben. Im Gegensatz dazu sind Cobots speziell darauf ausgelegt, direkt mit Menschen zu interagieren und in Zusammenarbeit mit ihnen Aufgaben auszuführen, wobei sie mit viel kleineren Nutzlasten arbeiten.

Cobots sitzen beispielsweise typischerweise auf einer Tischplatte. Sie eignen sich ideal für die Durchführung komplexer und heikler Montagearbeiten, präziser Halterungen oder sich wiederholender Pick-and-Place-Vorgänge mit einem Höchstmaß an Konsistenz und Zuverlässigkeit. Spezifische Funktionen in einer Fertigungsumgebung können Schleifen und Polieren, Kleben und Versiegeln, Schrauben sowie Qualitätsprüfung und -inspektion umfassen.

Typischerweise kosten Cobots nur einen Bruchteil der Investitionen größerer Industrieroboter. Anstatt eine spezielle Programmierung zu erfordern, können ihnen durch die direkte Interaktion mit ihrem menschlichen Gegenüber ganz einfach Bewegungen für ihre Aufgabe beigebracht werden.

Das Konzept der Cobots wurde erstmals Mitte der 90er Jahre eingeführt und der erste große Hersteller, der einen Cobot auf den Markt brachte, war KUKA im Jahr 2004. Seitdem sind viele Roboterhersteller auf den Markt gekommen und die Leistungsfähigkeit der Cobots ist schnell gewachsen. Die anfänglichen Maschinen wogen im Allgemeinen etwa 10 kg und konnten eine Nutzlast von nur wenigen kg bewältigen. Im Laufe der Zeit sind Cobots immer größer und leistungsfähiger geworden. FANUC brachte 2015 seinen ersten Cobot mit einer schweren Nutzlast von 35 kg auf den Markt, und ABB brachte im selben Jahr auch seinen ersten Doppelarm-Cobot auf den Markt.

Anstatt wie ihre sperrigen industriellen Gegenstücke in Käfigen getrennt zu sein, befinden sich Cobots häufig auf dem Schreibtisch neben dem menschlichen Arbeiter. Da sie so nah am Menschen positioniert sind, ist Sicherheit von entscheidender Bedeutung und globale Hersteller von Industrierobotern wie Fanuc, Siemens, Omron und ABB legen beim Bau von Cobots besonderen Wert auf den Schutz der Mitarbeiter.

Cobots müssen in der Lage sein, in Sekundenbruchteilen auf die Anwesenheit eines Arbeiters zu reagieren, um eine möglicherweise verheerende und tödliche Situation zu verhindern. Daher sind sie mit inhärenten Sicherheitsmaßnahmen ausgestattet und verlassen sich nicht auf physische Schutzmaßnahmen. Beispielsweise sind die Arme mit Positionssensoren und erweiterten Sicherheitsfunktionen wie Kollisionsvermeidung ausgestattet, um ein sicheres Arbeiten im gleichen Raum wie Menschen an Produktionslinien zu ermöglichen.

Um die Sicherheit der Arbeitskräfte zu gewährleisten und die Fabriksicherheit aufrechtzuerhalten, ist es wichtig sicherzustellen, dass Cobots wie vorgesehen funktionieren. Die Sicherheitsnorm ISO 10218 und die technische Spezifikation RIA TS 15066 definieren die Sicherheitsfunktionen und Leistung des kollaborativen Roboters.

Viele Cobots verfügen über eine Direct-Teach-Funktion, bei der der Benutzer den Arm hält und ihn in jede gewünschte Position bewegt. ISO 10218 und ISO/TS 15066 bieten Standards und Leitlinien für das kollaborative Roboterlernen, ein wesentlicher Aspekt, da die Hände der Arbeiter in direkten Kontakt mit dem Roboter kommen.

Beispielsweise nutzt der Cobot der TM-Serie von Omron intuitive Handführungsmechanismen, um dem Roboter neue Aufgaben beizubringen, ohne dass die Bewegungen des Roboterarms programmiert werden müssen. Funktionen wie der „Handführungsmodus“ überwachen Geschwindigkeit und Kraft, um sicherzustellen, dass der Unterrichtsprozess den neuesten Sicherheitsstandards entspricht.

Unabhängig von den inhärenten Sicherheitsmerkmalen verlangen die einschlägigen Normen immer noch, dass Cobots vor dem Einsatz einer vollständigen Risikobewertung unterzogen werden und dass Hersteller alle möglichen Gefahren und Folgen im Falle eines Notstopps berücksichtigen.

Da es sich bei Cobots um bewegliche Maschinen handelt, verfügen sie über viele Verschleißteile und eine regelmäßige Wartung ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass sie in gutem Zustand bleiben. Neben den Sensoren und anderen anspruchsvollen elektromechanischen Komponenten benötigen Cobots auch Kabel, Kabelbäume, Schmiersysteme, Dichtungen, Flansche, Schrauben, Bolzen und O-Ringe. Sie alle müssen regelmäßig überprüft und gewartet werden, um sicher zu funktionieren und ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, mit einem Automatisierungslieferanten zusammenzuarbeiten, der auf das gesamte Sortiment an Teilen und Ersatzteilen zugreifen kann, die für den Betrieb von Cobots erforderlich sind. Bei EU Automation wurzeln unsere Erfahrungen mit Robotern und Cobots in einer langjährigen Geschichte der Bevorratung von Automatisierungs- und Steuerungskomponenten führender OEMs wie Siemens, ABB und Mitsubishi, die rückverfolgbare und überprüfbare Teile anbieten. Die Komponenten werden in einer robusten Verpackung versendet, um in einem Top-Zustand anzukommen. Dieses Engagement für die Teilequalität ist für Human-in-the-Loop-Anwendungen wie Cobots, bei denen Sicherheit eine Selbstverständlichkeit ist, von entscheidender Bedeutung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Vorteile von Industrierobotern in der Industrie wohlbekannt sind und sie während des Übergangs zu Industrie 4.0 eine entscheidende Komponente in Fabriken waren. Da Hersteller jedoch versuchen, ihre Abläufe zu optimieren und neue Maßstäbe bei der Individualisierung einzuführen, setzen sie zunehmend auf die Flexibilität und Effizienz von Cobots.

Integrierte Sicherheitsfunktionen, die durch sich schnell weiterentwickelnde Sicherheitsstandards verstärkt werden, ermöglichen es Cobots, im Einklang mit Menschen zu arbeiten – und ermöglichen es Herstellern, die Grenzen der Produktivität zu verschieben und letztendlich ihren Gewinn zu steigern. Daher etablieren sich Cobots als unverzichtbare Elemente in den intelligenteren Fabriken der Zukunft.

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