Der Betriebsleiter 6/2020

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MONTAGE- UND HANDHABUNGSTECHNIK Autor: Helmut Schmid, Geschäftsführer Universal Robots (Germany) GmbH & Regional Sales Director West- und Nordeuropa Teamwork Wie Automaten zu Kollegen wurden Industrieroboter gehören in weiten Teilen der fertigenden Industrie längst zum Alltag. Sie blicken auf eine bewegte Geschichte zurück: Vom programmierbaren Manipulator ohne sensorielle Fähigkeiten bis hin zum feinfühligen Cobot war es ein langer Weg. Menschliche Bewegungen mechanisch zu simulieren und wie von Geisterhand geschehen zu lassen, hat Menschen seit jeher fasziniert. Bereits in der Antike gab es Bestrebungen, Prozesse durch ausgeklügelte Feinmechanik zu automatisieren. Der griechische Mathematiker Heron von Alexandria beispielsweise entwickelte im ersten Jahrhundert nach Christus einen Altar, dessen Türen sich durch eine Hebel- Seilzug-Konstruktion automatisiert öffneten. Leonardo da Vinci entwarf seinerzeit zahlreiche Skizzen für die Konstruktion eines Automaten in Ritterform, und der französische Ingenieur Jacques de Vaucansos soll 1738 eine mechanische Ente entwickelt haben, die Körner aufpicken und mit den Flügeln schlagen konnte. Dies alles geschah, noch bevor es den Begriff des „Roboters“ überhaupt gab. Diesen begründete erst 1921 der tschechische Schriftsteller Karel Capek, der damit in seinem satirischen Drama „R.U.R.“ („Rossum’s Universal Robots“) rechtelose Automaten beschreibt, die von ihren menschlichen Schöpfern ausgebeutet werden und schließlich gegen diese rebellieren. „Robota“ bedeutet im Westslawischen so viel wie „(Fron-)Arbeit“; Capek charakterisierte Roboter also durch ihr hohes Arbeitspensum. Nach heutigen Definitionen gelten Industrieroboter gemeinhin als mehrachsige Bewegungsautomaten, deren mitunter sen- sorgestützte Bewegungen frei programmierbar sind und die mit entsprechenden Endeffektoren unterschiedlichste Tätigkeiten erledigen können. Unimate: erster Industrieroboter im Einsatz Den Grundstein für diese Art der Robotik legte 1954 der US-amerikanische Erfinder Georg Devol, als er ein Patent für einen programmierbaren Manipulator anmeldete. Zwei Jahre später begegnete er auf einer Cocktail-Party dem Ingenieur, Physiker und Unternehmer Joseph F. Engelberger, seines Zeichens begeisterter Leser der Roboter- Science-Fiction des russisch-amerikanischen Schriftstellers Isaac Asimov. Als Investor half Engelberger, Devols Ideen in die Tat umzusetzen. Noch im selben Jahr gründeten sie das Unternehmen Unimation (zusammengesetzt aus „Universal Automation“) und entwickelten 1959 einen ersten Prototypen. Unter dem Namen „Unimate“ kam das SCIENCE FICTION WIRD REALITÄT Mit der Entwicklung der Cobots ist Science Fiction Realität geworden. Mensch und Roboter arbeiten zusammen – Hand in Hand. Da die kollaborativen Roboter günstig in der Anschaffung sind und sich schnell amortisieren, lohnt sich diese zukunftsträchtige Art der Automatisierung auch für kleine und mittlere Unternehmen. Die Betriebe können so Herausforderungen wie kleiner werdenden Losgrößen, steigenden Qualitätsansprüchen und anhaltendem Fachkräftemangel effizient begegnen. MARTINA LAUN, Redakteurin 12 Der Betriebsleiter 06/2020 www.derbetriebsleiter.de
Modell 1961 als erster Industrieroboter in einem General-Motors-Werk zum Einsatz. Der wuchtige Einarmroboter wog mehr als eine Tonne und schweißte Druckgussteile für Karosserien. Dabei konnte er auch besonders heiße und schwere Komponenten handhaben, was den Werkern vorher nicht möglich gewesen war. Der Siegeszug der automatisierten Fertigung nahm hier seinen Ursprung. Automobilindustrie als Vorreiter Weitere Innovationen folgten: Nachdem das Bestreben, die neue Fertigungsstraße von Daimler-Benz in Sindelfingen mit Unimate- Robotern zu automatisieren, gescheitert war, entwickelte Kuka – damals deutscher Händler von Unimate – ein eigenes Robotermodell: Heraus kam 1973 mit „Famulus“ der erste Sechsarm-Roboter. Dieser funktionierte im Gegensatz zum Unimate elektromechanisch und ermöglichte den Anwendern eine beispiellose Flexibilität. Kurz darauf brachte das schwedische Unternehmen ASEA, Vorläufer von ABB, mit dem IRB6 den ersten Industrieroboter auf den Markt, der über einen Computer gesteuert werden konnte. Auch dies kam einer Revolution gleich. Vor dem Hintergrund eines breitenwirksamen Durchbruchs der Industrierobotik in den 1980er Jahren avancierte die Automobilindustrie zum Vorreiter ihrer Anwendung. Diese Entwicklungen waren stets begleitet von der Sorge, Roboter würden den Menschen langfristig die Arbeit streitig machen. Dies stellte sich jedoch als unbegründet heraus: Vielmehr übernahmen die starken Industrieroboter Fertigungsschritte, die für den Menschen besonders anstrengend oder gefährlich waren – zum Beispiel das Verkleben von Windschutzscheiben oder das Sprühlackieren von Karosserieteilen. Cobots: Hand in Hand mit dem Menschen In den 1990er Jahren kündigte sich schließlich ein neuer Trend an: Waren Roboter aufgrund ihres Gefahrenpotenzials bislang hinter Schutzzäunen weggesperrt, sollten sie nun näher an den Menschen rücken – ja, sogar mit ihm zusammenarbeiten. Kraft- Drehmoment-Sensoren in der Antriebstechnik sorgten dafür, dass die Roboter Hindernisse wahrnehmen und ihre Bewegung bei Bedarf stoppen konnten, um niemanden zu verletzen. Universal Robots brachte 2008 mit dem UR5 schließlich seinen ersten kollaborierenden Roboter auf den Markt – der Terminus „Cobot“ war geboren. Cobots lassen sich aufgrund ihrer Leichtbauweise flexibel bewegen und schnell umrüsten. Sie sind wesentlich günstiger als klassische Industrieroboter und amortisieren sich schnell. So machte Universal Robots die Vorteile der Automati- 01 2008 brachte Universal Robots den ersten Cobot auf den Markt; im Bild die Firmengründer Esben Østergaard und Christian Kassow 02+03 Der erste Prototyp eines UR-Cobots entstand im Keller der Universität von Süddänemark 04 Cobots sind flexibel einsetzbar; sie unterstützen und entlasten den Menschen sierung auch für kleine und mittlere Unternehmen erschwinglich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern, die Aufgaben jenseits der menschlichen Leistungsfähigkeit übernehmen, gehen Cobots dem Menschen unterstützend zur Hand – etwa bei eintönigen oder ergonomisch ungünstigen Aufgaben. Wo herkömmliche Industrieroboter Spezialisten sind, die ein und dieselbe Tätigkeit mit größter Schnelligkeit und Kraft ausführen, sind Cobots Allrounder: Sie sind leicht zu programmieren und lernen schnell, sodass Anwender sie funktional flexibel einsetzen können. Dabei entlasten sie Mitarbeiter und geben ihnen Zeit für anspruchsvollere Aufgaben. Sensorik und KI erweitern Einsatzspektrum Cobots reihen sich somit in den Entwicklungsfortschritt mehrerer Robotergenerationen ein: Nach den programmierbaren Manipulatoren, die aufgrund geringer Rechenleistung nur zu einfachen Pick-and-Place- Aufgaben imstande waren, sowie den darauf folgenden adaptiven Modellen, die ab den 1980er Jahren dank eingebauter Sensorik auch auf Umweltveränderungen reagieren konnten, sind Cobots nun Teil einer zunehmend autonomen Generation von Robotern. Fortschritte in Sensorik und Tragkraft erweitern ihr Einsatzspektrum zusehends, sodass sie heute auch Aufgaben etwa in der Feinmontage übernehmen, die zuvor menschliches Fingerspitzengefühl erfordert haben. Auch die Bildverarbeitung entwickelt sich stetig weiter und ermöglicht Cobots mittlerweile sogar die Kommissionierung unsortierter Werkstücke (Bin Picking). Anwender profitieren heute dank kollaborativer Robotik von optimal ausgelasteten Produktionskapazitäten, flexibleren Fertigungsprozessen sowie höherer Produktqualität. Die zunehmende Einbindung von KI- Technologien macht die Cobots noch selbständiger und leichter zu programmieren: Sie lernen dazu und optimieren eigenständig ihr Verhalten. Bald schon werden Cobots zum Standardinventar moderner Fertigung gehören. Das hätte sich Karel Capek wohl kaum träumen lassen. Die bewegte Geschichte der Robotik ist also noch lange nicht zu Ende. Bilder: Universal Robots www.universal-robots.com/de 01 02 03 04 www.derbetriebsleiter.de Der Betriebsleiter 06/2020 13
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