Die Wahl des richtigen Cobots

Kollaborative Roboter sind komplexe Maschinen, die Hand in Hand mit dem Menschen arbeiten. In einem Work-Sharing-Prozess unterstützen und entlasten sie den menschlichen Bediener.

Unter den letzten Entwicklungen der Robotik haben vor allem die Kollaborativroboter oder Cobots die Welt der Industrie revolutioniert.

Kollaborativroboter sind Roboter, die mit ihrer Umgebung interaktiv arbeiten können. Cobot und Bediener können im selben Arbeitsbereich ohne Sicherheitsschranke zusammenarbeiten. Dieses Zusammenleben wird dadurch möglich, dass die Kollaborativroboter mit komplexen Sicherheitsmechanismen ausgestattet sind, die auf der Kontrolle der Kraft und der konstanten Beobachtung der Umgebung basieren. Dank Tastsinn und spezifischer Kameras und Anti-Kolliosionssysteme koordinieren sie ihre Bewegungen mit denen der menschlichen Mitarbeiter, wobei sie gleichzeitig darauf achten, Unfälle zu vermeiden.

Zu den Vorteilen der Kollaborativroboter gehören auch die niedrigen Kosten für Integrierung und Start. Der Lernmodus der Cobots erleichtert Inbetriebnahme und Programmierung. Sie sind flexibler als die anderen Roboter, sie können sie können von einem Arbeitsplatz auf einen anderen gestellt und in einfacher Weise neu programmiert werden.

Die Hauptnachteile sind ihre geringe Nutzlast und ihre Arbeitsgeschwindigkeit, die geringer ist als die anderer Roboter.

Gegenwärtig werden Cobots weiträumig in der Industrieproduktion verwendet, und zwar insbesondere in der Automobilbranche, der Inspektion, der Fördertechnik und im medizinischen Bereich, besonders auf dem Gebiet der Chirurgie.

Cobots auf einen Blick

  • Was ist ein Kollaborativer Roboter, ein „Cobot“?

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    Cobot der Marke FANUC

    Herkunft des Wortes

    Michael Peshkin, Professor für Maschinenbau an der Northwestern University in‘Illinois, und sein Kollege Ed Colgate erfanden das Konzept des Cobots vor über 20 Jahren. Zu dieser Zeit konzentrierte sich der Roboterbau auf die Selbständigkeit des Roboters und nicht auf die Zusammenarbeit mit dem Menschen. Die beiden Professoren befürworten die Idee, dass Menschen nicht systematisch vom Prozess ausgeschlossen werden sollten, weil einige Aufgaben von ihnen besser erfüllt werden. Die für den Menschen schwierigeren Aufgaben sollten jedoch den Robotern überlassen werden. So entstand die Idee der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine.

    Definition

    Kollaborative Roboter sind Knickarmroboter der neuen Generation, mit 6 oder mehr Achsen, die so konzipiert sind, dass sie sicher in einer mit Menschen geteilten industriellen Umgebung arbeiten können.

    • Sie haben die Form eines kleinen und leichten Gelenk- oder Doppelarms.
    • Cobots werden für den Zusammenbau von Teilen und zum Heben und Verschieben von Gegenständen eingesetzt. Sie eignen sich weiterhin für die Verpackung am Ende einer Produktionslinie.
    • Sie arbeiten stets unter Kontrolle des Bedieners.
    • Die meisten Cobots manipulieren Teile mit einem Durchschnittsgewicht zwischen 5 und 100 kg. Im Luftfahrtbereich können manche von ihnen bis zu 300 kg heben.
    • Sie sind mit Sensoren und Kameras ausgestattet, um ihre Umgebung darzustellen, menschliche Bediener zu erkennen und so Kollisionen zu vermeiden.
    • Da sie eng mit dem Menschen zusammenarbeiten, agieren sie langsamer als Industrieroboter und sind programmiert, um sofort zu stoppen, wenn ihr Arm auf einen Widerstand stößt.
    • Um die Sicherheit zu gewährleisten, genügt bei den meisten Robotern ein leichter Schlag auf die Hand, um sie zu starten und zu stoppen.
  • Warum ist es empfehlenswert, einen Industriecobot zu verwenden?

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    Cobot der Marke Universal Robot

    Im Vergleich zu klassischen Industrierobotern haben Cobots bemerkenswerte Vorteile:

    • Ihr Potenzial liegt in ihrer Produktivität und Effizienz: Sie helfen dem Menschen bei repetitiven, eintönigen, beschwerlichen und gefährlichen Aufgaben. Der menschliche Bediener kann sich auf die am meisten qualifizierten Aufgaben mit der höchsten Wertschöpfung konzentrieren, was die Endqualität verbessert.
    • Cobots können schnell installiert und programmiert werden.
    • Im Gegensatz zu industriellen, schweren und starren Robotern, die nicht bewegt werden können, können Cobots vom Bediener ohne Neuprogrammierung von einer Aufgabe zur anderen bewegt werden.
    • Cobots arbeiten ohne Schutzgeländer. Käfige sind oft sehr teuer, so dass ihr Wegfallen die Kosten senkt.
    • Sie sind preisgünstiger als herkömmliche Industrieroboter (die Einstiegspreise liegen bei 10.000€) und können für Low-Budget-Unternehmen geeignet sein, die bestimmte Aufgaben automatisieren wollen.
    • Ihre Implementierung gestattet es, die Ergonomie eines bereits vorhandenen Arbeitsplatzes zu erhalten.
    • Ihre Arbeit in der Nähe des Menschen ist sicherer.
    • Auch gegenüber vollautomatischen Systemen haben Cobots Vorteile: Sie sind vielseitiger und passen sich so an Produktionsänderungen an.
  • Wie wähle ich den richtigen Cobot?

    Es gibt weniger verschiedene Arten von Cobots als dies bei Industrierobotern der Fall ist. Es handelt sich in der Regel um kleine und mittlere Knickarmroboter.

    Dennoch müssen sie entsprechend bestimmter, genauer Kriterien gewählt werden:

    • die maximal tragbare Last (payload);
    • die Reichweite (reach);
    • die Anzahl der Achsen (in der Regel 6 oder 7 Achsen, einige, wie der Yumi, sind Kombinationen aus mehreren Gelenkarmen und können 14 Achsen erreichen).

    Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Technologien zusammen, die derzeit für die wichtigsten Roboter auf dem Markt verfügbar sind, sowie ihre wichtigsten Anwendungen.

    Cobot

    Eigenschaften Anwendungsbereich
    YuMi (ABB)
    • Zwei gepolsterte Gelenkarme für ein geschmeidiges Zusammenspiel
    • Flexible Hände
    • Sensoren, mittels derer er seine Umgebung ertastet
    • Eine Kamera, um seine Umgebung zu erfassen und die menschlichen Bediener zu orten
    • Zusammenbau kleiner Teile im Bereich der Elektronik
    Baureihe CR (FANUC)
    • Je nach Baureihe können diese Cobots zwischen 4 und 35 kg anheben
    • Integrierter Kneifschutz
    • Geschmeidige Gummihaut
    • Die kleinsten Cobots (4 kg) sind nützlich für kleine manuelle Arbeiten in engen Räumlichkeiten und können auch an Wand oder Decke befestigt werden.
    • Die größten (35 kg) können Arbeiten ausführen, die das Heben schwerer Lasten beinhaltet, Wartungstätigkeiten an Maschinen oder Palettisierungsarbeiten.
    LBR (KUKA)
    • Hublast von 3 kg bis 14 kg
    • Integrierte Drehmomentsensoren auf jeder Achse.
    • Man kann einen Cobot verwenden, indem man ihn ganz einfach an der Hand führt und / oder ein Tablet mit einer Grafikschnittstelle verwendet.
    • Man muss den Cobot nur mit der Hand berühren, damit er stehen bleibt.
    • Er wurde spezifisch für Montageaufgaben im Bereich der Elektronikindustrie konzipiert
    • Palettisierung
    • Vorbereitung von Aufträgen
    Panda (Franka Emika)
    • Extrem sensible und polyvalente Cobots
    • Integrierte Drehmomentsensoren auf jeder der sieben Achsen.
    • Die preisgünstigsten Cobots des Marktes (weniger als 10 000 €)
    • Kontrollaufgaben – Qualität (Chips, Touchscreens)
    • Packagingaufgaben (Füllen und Schließen von Dosen)
    La gamme UR (Universal
    Robots)
    • 3 Arten 6-achsiger Gelenkcobots, Hublast von 3 kg bis 10 kg.
    • Sie sind klein und leicht genug, um auf einem Schreibtisch installiert zu werden
    • Zahlreiche andere Funktionen Zahlreiche Optionen verfügbar: Drehmomentsensoren, Überzugshaut “sensibel”
    • Zusammenbau
    • Spritzgussarbeiten
    • Qualitätssicherung
    • Pick and place
    • Kleb- und Schweißarbeiten
    • Tests
    • Verpackung
    SIA series (Yaskawa Motoman)
    • 7-achsiger Gelenkarm
    • Drehmomentsensoren auf allen Achsen, die dem Roboter eine Anpassung an seine Umgebung gestatten.
    • Montage
    • Inspektion
    • Maschinenüberwachung
    •  Manutention
  • Ein Cobot für welche Anwendungen?

    Cobot der Marke ABB Robotics
    Cobot der Marke ABB Robotics
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    Cobot der Marke ABB Robotics

    Cobots eignen sich für jede sich wiederholende Aufgabe, für leichte Anwendungen und für eine Nutzlast von höchstens 100 kg (außer in der Luftfahrt, wo die Lasten 300 kg erreichen können).

    Bei den klassischen Anwendungen findet man:

    • Auf Montagelinien: Verschraubungsarbeiten, Klebevorgänge, Schweißen.
    • Auf Produktionslinien: Polierarbeiten, Lasermarkierungen, Lebensdauer Tests, Verpackungen, Palettisierung.
    • Auf einer Maschine: Einsetzen eines Teils in eine Maschine, beispielsweise zur maschinellen Bearbeitung.
    • Pick-and-place: Entnahme von Teilen aus einem Behälter und Ablage auf einem Tablett.
    • Leichte Anwendungen: Verschieben eines Teils durch den Cobot und Beendigung des Prozesses durch den Menschen.

    Roboter werden in vielen Bereichen eingesetzt, von der Automobil- bis zur Unterhaltungselektronik, aber auch in Logistik, Landwirtschaft und Medizin.

    Die Automobilindustrie war die erste, die eine Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine einrichtete:

    • Im Jahr 2013 begann BMW mit dem Einsatz von Cobots auf den Montagelinien von Autotüren.
    • Ebenfalls in 2013 führte Volkswagen Cobots ein, um Zündkerzen in seine Motoren zu integrieren.
    • Im Jahr 2015 führte Audi in Deutschland zweiarmige, 1,40 m hohe Cobots auf seinen Montagelinien ein.

    In der Luftfahrtindustrie:

    • Boeing hat an seiner Montagelinie 777 in Seattle Cobots eingesetzt.
    • Nextage, ein halbhumaner zweiarmiger Roboter der japanischen Firma Kawada, wird für die Montage von A380-Komponenten verwendet.

    In der Elektronik:

    • Roboter werden für Montageaufgaben oder Lebenszyklustests eingesetzt.
  • Wie programmiert man einen Cobot?

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    Cobot der Marke KUKA

    Im Gegensatz zu einem klassischen Industrieroboter ist ein Cobot sehr einfach zu programmieren.

    • Es muss kein Code geschrieben werden. Die mitgelieferte Software ist sehr intuitiv, was nicht bedeutet, dass Sie nicht erst lernen müssen, das Programm zu bedienen.
    • Eine weitere verfügbare Option für Cobots ist das Erlernen der Programmierung: Alles, was Sie tun müssen, ist, den Roboter zu manipulieren, um ihm beizubringen, was er tun soll.

    Die Programmierung des Lernprozesses erfolgt direkt am Arbeitsplatz und über eine Anwendung. Die Programmierung geschieht wie folgt:

    • Downloaden Sie die Anwendungssoftware des Cobots und programmieren Sie darin seine Aufgaben.
    • Zeigen Sie dem Cobot anschließend die Bewegungen, die er ausführen soll, indem Sie ihn sie direkt an der Hand nehmen und diese in der Anwendung aufzeichnen.
    • Lassen Sie den Cobot nun seine Arbeit verrichten.
    • Programmieren Sie ihn während der Produktion neu falls erforderlich.
  • Gibt es Normen für die Installierung von Cobots?

    Obwohl Cobots für ein sicheres Arbeiten mit menschlichen Kollegen ausgelegt sind, sind es dennoch Industrieroboter. Daher müssen sie, wie jedes andere Gerät, das in einer industriellen Umgebung betrieben wird, den Sicherheitsstandards entsprechen.

    Seit 2016 gibt es unter der Norm ISO/TS 15066 konkrete Richtlinien für Hersteller und Anwender von kollaborativen Robotern.

    Was sagt diese Norm aus?

    • Die Norm schließt den Kontakt nicht aus, da die Roboter in körperlichen Kontakt mit Menschen gebracht werden.
    • Sie setzt Grenzen für Kraft und Druck des Cobots.
    • Im Mittelpunkt der Sicherheit steht daher nicht die Kollisionsvermeidung, sondern die Kraft und der Druck, die der Bediener bei Kontakt mit dem Roboter aushalten kann, ohne verletzt zu werden.

    Wo liegen die Schwellen?

    • Die Norm sieht Schwellen für 29 Körperstellen vor.
    • Die Kraftschwelle liegt bei 140 N im Bereich des Brustkorbs..
    • Die Schwelle des Druckes, der auf Brustbein und Brustmuskeln ausgeübt wird, beträgt 120 N/cm2 und 170 N/cm2.
  • Welches sind die Trends der Zukunft in der Cobotilk?

    Cobot der Marke KUKA
    Cobot der Marke KUKA
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    Mobiler Cobot der Marke KUKA

    Die mobile Roboterfunktion ist eine neue Tendenz der Industrierobotik:

    • Autonom oder auf einer Plattform sind mobile Roboter die Vertreter der dritten Roboterrevolution.
    • Da diese Roboter flexibler sind, können sie dank eines Laserleitsystems in einer Fabrik ohne Bodenmarkierung oder Magnete navigieren.
    • Sie sind genauso sicher wie statische Roboter und können mit Menschen zusammenarbeiten.
    • Unter den bereits auf dem Markt befindlichen Robotern findet man: OmniRob (KUKA), den APAS – Roboter (Bosch).

    Die Cobots, diekünstliche Intelligenz integrieren, sind auch der zukünftige Haupttrend in der Industrie. Heute muss man den Roboter programmieren, um ihm eine Aufgabe beizubringen, die er ausführen kann. In Zukunft wird es bei der KI einfach darum gehen, dem Roboter eine grundlegende Funktionalität zu zeigen, die in der Lage ist, die Aufgabe zu reproduzieren und sogar zu verbessern.

    Die Hersteller arbeiten auch an einer Sprachfunktionalität, damit Roboter und Menschen miteinander kommunizieren können. So entwickelt KUKA beispielsweise eine Technologie unter Verwendung der NLP, der neurolinguistischen Programmierung.

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