Der Einsatz von Robotern erleichtert schon lange unseren Alltag. Weltweit nutzen Unternehmen über 2,7 Mio. Industrieroboter. Sie arbeiten schnell, übernehmen Aufgaben, die uns zu monoton erscheinen, oder führen Prozesse durch, die für den Mensch zu gefährlich sind. Industrieroboter stellen für uns allerdings auch Gefahren dar. Wie verschiedene Unfallberichte zeigen, können diese sogar tödlich enden.
Cobots als Problemlöser
Die Lösung für dieses Problem bilden die sogenannten Cobots. Dieser Begriff lässt sich aus dem englischen `collaborative robots` herleiten. Deshalb ist im Deutschen auch oft von kollaborierenden Robotern die Rede. Ein Cobot ist ein Roboter, der aufgrund seiner Technik mit dem Menschen praktisch Hand in Hand in einer kollaborierenden Applikation arbeiten kann, ohne durch Zäune oder sonstige Sicherheitsvorkehrungen vom Menschen physisch abgegrenzt zu sein. Der Arbeitsbereich von Cobot und Mensch überschneidet sich also komplett. Man spricht hierbei auch von einer Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Dabei ergänzen und unterstützen Cobots Aufgaben im Produktionsprozess, ersetzen sie allerdings nicht. Die Vorteile eines Roboters bleiben somit bestehen und werden zusätzlich nicht nur mit dem Faktor Sicherheit ergänzt.
Zwischen Menschen und Maschine
Sicherheit
Das ist auch das wichtigste Abgrenzungsmerkmal eines Cobots: die Sicherheit. Dicht gefolgt von Flexibilität. Ein Cobot muss problemlos seine Ausführungen bremsen können, sollte sich ein Mensch in seine Umlaufbahn bewegen. Die ISO/TS 15066 gibt hierbei die Norm an, ab wann der Mensch verletzt wird. Arbeiten Mensch und Maschine ohne physische Grenzen oder andere Schutzeinrichtungen zusammen, muss die Kommunikation zwischen den Parteien stimmen. Dafür besitzen Cobots verschiedene Sensoren, die frühzeitig erkennen, ob ein Mensch oder ein anderes Objekt im Weg steht. Manche Cobots kommunizieren beispielsweise mit Hilfe von Lichtsignalen die dem Menschen die nächste Bewegungsrichtung des Roboters signalisieren.
Flexibilität
Im Produktionsprozess haben Menschen und Cobots eines gemeinsam: man kann sie problemlos nach kurzer Einarbeitungszeit an einem neuen Arbeitsort einsetzen. Das liegt daran, dass Cobots einfach zu handhaben und sehr flexibel sind. Anwender können ihnen ohne vorherige Programmierung zu jedem Zeitpunkt neue Aufgaben zuweisen. Dafür zeigt der Mensch dem Cobot einige Male den neuen Ablauf, den der Cobot abspeichert und der in Zukunft per Knopfdruck abrufbar ist. Manche Cobots sind beweglich, weil sie zum Beispiel mit Rollen ausgestattet sind. Man kann sie also zügig von einem zum anderen Ort schieben.
Integrierte Cloudlösung
Cobots können mithilfe der Cloud die Ergebnisse ihrer Arbeit selbstständig dokumentieren, überprüfen und optimieren. Damit ermöglichen sie zusätzlich zeitsparendes Arbeiten. Außerdem muss man zur Ergebnisanalyse der Cobot-Arbeiten nicht mehr vor Ort sein. Es genügt ein geschütztes Dashboard im Browser.
Gewicht und Traglast
Was das Arbeiten mit einem Cobot außerdem vereinfacht, ist ihr deutlich geringeres Gewicht im Vergleich zu anderen Industrierobotern und Maschinen. Dieses Gewicht bestimmt allerdings auch ihre Traglast: Je mehr ein Cobot wiegt, desto mehr kann er auch tragen. Wiegt ein Cobot also nur 4 kg, schafft er es beispielsweise auch nur 500 g zu heben. Ein Standard-Cobot trägt allerdings bis zu 15 kg, etwa so viel wie ein E-Bike.
Da die Nachfrage nach einem zunehmend flexibleren Einsatz in den letzten Jahren wächst, kommen nun auch größere Modelle auf den Markt, die höheren Traglasten und Reichweiten aufweisen.
Geringe Kosten
Die große Beliebtheit eines Cobots lässt sich auch dadurch erklären, dass sie einen enormen Mehrwert bringen – gerade aufgrund ihres im Vergleich zum Industrieroboter geringen Kostenaufwands. Dabei beginnt die Preisspanne bei etwa 5.000 Euro. Grundsätzlich hängt der Preis allerdings von weiteren Kriterien ab: ein Cobot, der ungewöhnlichen Temperaturen ausgesetzt ist und dabei noch eine hohe Traglast, Reichweiten und Geschwindigkeit erreichen muss, ist deutlich teurer. Auch hier gilt der Leitsatz: ‘You get what you pay for‘.
Vorteile der MRK
Bestimmte Arbeitsprozesse durch Cobots zu teilautomatisieren, verbindet die Vorteile von Menschen und Maschine. So ist es möglich, einerseits situationsbedingt, flexibel und anpassungsfähig zu produzieren und andererseits schnelle, detaillierte und monotone Aufgaben zu erfüllen.
Vom Fließband zum OP-Saal
Cobots können in allen Bereichen mit sich wiederholenden Aufgaben eingesetzt werden wie zum Beispiel im Pick und Place. Mit seinen Eigenschaften findet der Cobot in vielen Produktionshallen bereits Verwendung:
- bei der Montage,
- dem Schweißen,
- dem Verpacken,
- Prüfungen,
- Klebungen und so weiter.
In Zukunft werden Cobots in wohl jedem denkbaren Bereich eingesetzt. Bekannt sind schon Beispiele aus der Medizintechnik oder im Pflegebereich. Momentan werden auch Cobots entwickelt, die in der Küche eingesetzt werden können. Hierbei spielen KI und Deep-Learning eine Rolle. In Seattle wird so ein Cobot schon in einer handelsüblichen (IKEA-)Küche getestet.
Wie der Cobot Zusammenstöße verhindert
Um einen Zusammenstoß mit einem Menschen zuverlässig zu verhindern, ist eine entsprechende Technik gefragt. Diese ist bei Cobots vielseitig, aber auch aufwendig. Dabei steckt nicht in jedem Cobot die gleiche Technik. Je nach Anwendungsfall übernehmen verschiedene Methoden die MRK. Sensorik und Schutzhaut spielen dabei eine große Rolle.
Kraftsensoren
Eine häufig genutzte Variante basiert auf Kraftsensoren, die innerhalb des Sockels stecken. Diese erkennen eine externe Kraftausübung. Dabei ist die genaue Traglast einkalkuliert. Die externe Kraftausübung muss also größer sein als die Traglast. Kommt ein Mensch also mit einem Cobot in Berührung und führt dadurch Bewegungen durch, die nicht auf das programmierte Bewegungsprofil passen, bemerkt das der Cobot.
Drehmoment-Sensoren
Genauso ist es möglich, diese externen Kraftausübungen an jedem anderen Gelenk des Cobots zu messen mit Hilfe eines Drehmoment-Sensors. Wie zuvor auch stoppt der Cobot im Fall einer Berührung, die über die Traglast hinaus geht.
Schutzhaut
In seltenen Fällen verfügen Cobots auch über eine Art Schutzhaut, die mit mehreren Kraftpunkten ausgestattet ist. Ab einer gewissen Kraft durch Berührung stoppt der Cobot. Dabei ist programmiert, wie viel externe Kraft auf die einzelnen Punkte ausgeübt werden darf. Leichte Berührungen sind damit möglich – üblicherweise jedoch keine schmerzhaften Zusammenstöße.
Es erklärt sich von selbst, dass Cobots die nur ein geringes Gewicht aufweisen, den Menschen auch nur bedingt verletzen können. Ob dabei von einer weiteren Methode der Kollaborativität zu sprechen ist, ist fraglich.
Lohnt sich der Einsatz eines Cobots für mein Unternehmen?
Entlastung für Mitarbeiter
Manuelles Pick and Place wird heute noch von einer Vielzahl von Arbeitskräften weltweit ausgeübt. Mit dem Einsatz von Cobots können sich die Mitarbeiter anspruchsvolleren Aufgaben widmen, anstatt weiterhin monoton zu arbeiten. Dazu kommt, dass die Arbeitskräfte körperlich entlastet werden. Rückenschmerzen und weitere Ermüdungserscheinungen nehmen ab. Die Einführung dieser technischen Unterstützung hat somit viele Vorteile und erbringt somit nicht nur den Mitarbeitern einen Mehrwert.
Die Problematik des Wandels
Womit man allerdings rechnen muss, ist eine anfängliche Abneigung gegenüber der Neueinführung. Dieses Problem ist im Change-Management altbekannt. Menschen sind Gewohnheitstiere, weshalb es schwerfallen kann, sich mit neuen Dingen anzufreunden. Dennoch sind Veränderung essenziell für Unternehmen. Für die bessere Aufnahme der Neuheiten gibt es eigene Methoden.
Cobots vs Industrieroboter
Der Einsatz von Cobots trägt auch dazu bei Arbeitsabläufe schneller zu erledigen als ohne. Trotzdem sind Cobots meist langsamer als Industrieroboter. Es ist also wichtig, im Voraus abzuschätzen, ob sich ein Cobot wirklich mehr lohnt als der Erwerb eines regulären Industrie-Roboters. Dabei muss man die anfallenden Kosten bedenken. Ein Industrieroboter kostet nicht nur mehr, sondern er benötigt auch eine kostspielige Sicherheitszone.
Dadurch dass sich der Arbeitsbereich von Menschen und Cobots überschneidet, benötigt diese Kollaboration keinen zusätzlichen Platz für Sicherheitsmaßnahmen. Zäune oder Gitter entfallen. Somit arbeiten Unternehmen noch flexibler und platzsparender in ihren Produktionshallen.
In Zukunft mit Cobots
Bereits 1996 wurde der erste Cobot entwickelt, aber erst 2008 erstmals von Universal Robots verkauft. In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach Cobots rapide gestiegen – der Prozess steckt aber noch immer in den Kinderschuhen.
Die Beliebtheit von Cobots nimmt also zu – genauso wie ihre Einsatzbereiche. Besonders in der Industrie sind Cobots nicht mehr wegzudenken. Ob in der Pflege oder im OP-Saal, auch in der Zukunft werden wir immer enger mit Cobots zusammenarbeiten. R2D2 und Co. könnten damit unsere neuen Arbeitskollegen von morgen werden.