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04.07.2024 | Kognitive Roboter | Schwerpunkt | Online-Artikel

Wann arbeiten Cobot und Mensch am gleichen Werkstück?

verfasst von: Thomas Siebel

4:30 Min. Lesedauer

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Kollaborative Roboter haben sich rasant entwickelt. In den Fabriken finden sie sich in immer größerer Zahl. Dabei ist ihr Potenzial in der Interaktion mit dem Menschen noch lange nicht ausgeschöpft.

Mensch und Roboter rücken in der Produktion immer enger zusammen. Kollaborative Roboter, oder einfach Cobots, übernehmen Pick-and-Place-Aufgaben, bestücken Maschinen, sie reinigen und verpacken. Sie tragen Klebe- und Dichtmittel auf, montieren Teile, schrauben, schweißen oder übernehmen Messungen für die Qualitätssicherung. Dass Cobots innerhalb weniger Jahre einen solchen Reifegrad erreicht haben, ist den immer leistungsfähigeren Sensoren, Bildverarbeitungssystemen und Greifern zu verdanken, die zunehmend in Echtzeit auf veränderte Umgebungen reagieren, sodass Cobots sicher an der Seite von Menschen arbeiten.

Dazu kommt ihre kompakte Bauweise, ihr geringer Preis und die einfache Programmierung, von der zunehmend auch klassische Industrieroboter profitieren. Auch sie lassen sich heute zum Teil schon einfach programmieren oder per Smartphone bedienen. Damit verschwimmen die Grenzen zwischen Cobots und klassischen Industrierobotern zunehmend, doch ein Unterschied trennt die beiden Roboterklassen nach wie vor: der Lastbereich. Hebt ein Cobot heute bis zu 30 kg schwere Teile, schafft ein Industrieroboter Teile von 100 kg Gewicht – im Extremfall auch bis zu 270 kg. Cobots schließen die Lücke, wo klassische Roboter zu sperrig oder unwirtschaftlich sind – insbesondere dort, wo Mensch und Roboter auf engem Raum zusammenarbeiten.

Fachkräftemangel bringt Cobots in die KMUs

Die International Federation of Robotics (IFR) zählt kollaborative Robotik in ihrem Ranking 2024 zu den Top-Trends. Im Jahr 2022 war bereits mehr als jeder zehnte weltweit installierte Roboter ein Cobot. Dennoch tun sich gerade kleinere und mittlere Unternehmen mit der Einführung schwer. Die Technik sei zu aufwendig, zu teuer und zu unflexibel, lauten häufig geäußerte Vorbehalte. Zudem fehlt es Unternehmen oftmals an Erfahrung an der Planung von Mensch-Roboter-Kollaborationen oder die Zuverlässigkeit der Roboterapplikationen wird angezweifelt.

Doch angesichts des sich verschärfenden Fachkräftemangels kommt etwas in Bewegung, wie Markus Seufert vom Werkzeug- und Systemlieferant Hahn + Kolb weiß. Das Unternehmen unterstützt Drittfirmen bei der Automatisierung, und damit auch beim Einsatz von kollaborativer Robotik. "Die Zahl der Anfragen wächst mit der Not", so Seufert in einem Beitrag für die maschinenbau 3/24, denn Cobots begegnen dem Fachkräftemangel, indem sie beispielsweise dazu beitragen, dass die Auslastung und Spindellaufzeit auch von älteren Werkezugmaschinen und bei fehlendem Personal hoch bleibt.

Cobots auch bis Stückzahl 1 einsetzbar

Die Vorbehalte vieler KMUs hält Seufert für unbegründet, nicht zuletzt, da sich in der technischen Weiterentwicklung der Cobots viel getan habe. Sie seien heute nahezu wartungsfrei und ausfallsicher, und dank ihres modularen Aufbaus ließen sich schon in der Basisvariante unterschiedliche Bauteile handhaben. Für komplexere Funktionen wie Schraubstockhandling oder beim Einsatz von Null-Punkt-Spannsystemen lassen sich die Cobots dann stufenweise erweitern.

Zudem ist die Einrichtung von Cobots maximal einfach: Die Trajektorie beispielsweise lernt der Cobot, indem man ihn per Hand vom Nullpunkt einer Maschine zum Teilelager führt. Selbst für Fertigungen bis zur Stückzahl 1 lassen sich Cobots Seifert zufolge einsetzen, wenn die individuell zu bearbeitenden Werkstücke auf genormten Automationsschraubstöcken eingespannt seien.

Einsatz bislang in gut strukturierten Anwendungen

Die diversen Vorzüge können jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass der Einsatz von Cobots in der Fertigung heute auch noch an Grenzen gerät. Noch sind beispielsweise die Greifkräfte gering, auch der Verfahrgeschwindigkeit sind enge Grenzen gesetzt. "Überzogene Sicherheitsvorschriften führen noch immer dazu, dass sich die Roboter bei der Mensch-Roboter-Kooperation in einer nicht akzeptablen Langsamkeit bewegen müssen", schreibt etwa Markus Glück von der Hochschule Aalen. Zusätzlich hemmen offene Fragen hinsichtlich Haftung, einzuhaltender Normen und Zertifizierungsprozesse den breiteren Einsatz der kollaborativen Robotik.

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Vor diesem Hintergrund arbeiten Menschen und Roboter bislang vor allem in gut strukturierten Anwendungen zusammen, die sich über eine längere Zeit nicht verändern. Die Arbeitsbereiche für Mensch und Cobot sind vordefiniert; sie arbeiten an unterschiedlichen Fertigungsprozessen und Werkstücken, teilen sich dabei aber einen Raum. Dabei könnten Cobots und Werker grundsätzlich noch viel enger zusammenarbeiten, und das auch in dynamischen Umgebungen. In der höchsten Ausbaustufe würden Cobot und Mensch gleichzeitig am selben Werkstück arbeiten, wobei der Cobot beispielsweise schraubt, während der Mensch Teile daran montiert. Dafür muss der Cobot den Menschen mithilfe externer Sensorik und spezieller Bildverarbeitung und Kraftregelung  ständig wahrnehmen und in Echtzeit auf Störungen reagieren können.

"Explosive Verbreitung" von Mensch-Maschine-Kollaboration

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Markus Glück sieht in Cobots in der industriellen Fertigung jedenfalls ein enormes Potenzial: "Die Mensch-Maschine-Kollaboration wird eine geradezu explosive Verbreitung in unseren Fertigungsverfahren erfahren." Einsetzen werde diese Entwicklung, sobald die Roboter dank Anbauwerkzeugen, Überwachungssystemen und Sensoren bei höheren Bahngeschwindigkeiten betrieben werden können und das Risiko für Kollisionen frühzeitig in sicherem Abstand erkannt wird.

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Quelle:
Handbuch Mensch-Roboter-Kollaboration

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