Themenheft Industrie 4.0 mit Serie Industrie 4.0 - Stand der Technik
industrie 4.0 Der Mensch
industrie 4.0 Der Mensch ist und bleibt das Maß aller Dinge – auch und gerade im Umfeld von Industrie 4.0. Bild: AlienCat/Fotolia Trends im Bereich Robotik und Automation Kollaborateure im Mittelstand Automation | In der Vergangenheit wurde eine Fertigungsaufgabe entweder komplett manuell ausgeführt oder von einem Roboter. Eine Zusammenarbeit war nicht möglich. Dafür sorgten schon die Sicherheits - bestimmungen. Eine neue Generation von Robotern wird das ändern. Die sogenannten Cobots (Kurzform für kollaborative Roboter) machen gemeinsame Sache mit ihren menschlichen Kollegen. Für Stefan Sagert, Robotik-Spezialist beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA), zeichnet sich ein Wandel ab: „Die neue Technik macht den Einsatz von Robotern flexibel und damit auch für kleinere Unternehmen interessant. Wir gehen davon aus, dass der Anteil der Mensch- Roboter-Systeme in den kommenden Jahren steil ansteigt.“ Börse und Branche wittern in der Tat einen Boom. Die Marktforscher von Markets and Markets sagen für die Jahre 2017 bis 2023 ein durchschnittliches Umsatzplus im Geschäft mit Cobots von 57 % jährlich voraus – ein Anstieg des Marktvolumens auf umgerechnet ungefähr 4 Mrd. Euro. „Cobots sind der am schnellsten wachsende Markt in der Robotik. Wir erschließen damit neue Welten“, bestätigt Hans-Georg Krabbe, Vorstandschef der deutschen Landesgesellschaft von ABB. Mittelständische Produktionsstrukturen sind üblicherweise durch hohe Variantenvielfalt geprägt – und damit verbunden mit häufigen Umrüstvorgängen. Der Einsatz von flexiblen Industrierobotern ist deshalb nur mit schnell umrüstbaren Werkzeugen sowie einer einfachen Roboterprogrammierung möglich. Hilfestellung kommt unter anderem vom Fraunhofer Institut. Im Rahmen des Hyropa-Projektes wurde beispielsweise der Einsatz von automatisch rekonfigurierbaren, passiven Gelenkarmen untersucht. Das Ziel: die Produktionsaufgaben in Standard-Roboterzellen zu vereinfachen. Dabei kamen vielfältige Greifer zum Einsatz, um Werkstücke mit unterschiedlicher Geometrie und Abmessungen zu halten und zu manipulieren. Damit konnte die Flexi - 38 Industrieanzeiger11.18
ilität bestehender Roboterzellen deutlich und wirtschaftlich erhöht werden. Robotics leicht gemacht Ein Viertel aller in Deutschland installierten Roboter fällt laut VDMA Robotik + Automation in den Traglastbereich bis 6,5 kg. In diese Leistungsklasse fallen viele der neuen Generation kollaborierenden Roboter (Cobots). Mit einem Gewicht von teilweise nur 10 kg können sie problemlos von einem Werker getragen und an beliebiger Stelle Der Unterschied zwischen Robot und Cobot Die Idee für Cobots (Collaborative Robots) entstand 1995 im Rahmen eines Forschungsprojekts bei General Motors. Zielsetzung waren sichere Roboter, die wortwörtlich Hand in Hand mit Menschen arbeiten können. 1. Partnerschaft Mensch-Maschine Klassische Industrieroboter arbeiten nach einem festen Programm, ohne Rücksicht auf umstehende Mitarbeiter. Für die Sicherheit sorgen Zäune und Käfige. Cobots arbeiten dagegen gemeinsam mit einem Menschen. Sie assistieren bei komplexen oder gefährlichen Aufgaben, die sich nicht vollständig automatisieren lassen. 2. Partnerschaftliche Rücksicht Cobots kommen dank hochentwickelter Sensoren bei der kleinsten Berührung zum Stillstand. Das macht Sicherheitsbereiche endlich überflüssig. 3. Einfach lernfähig Cobots lassen sich ohne große Vorkenntnisse programmieren: Zum Beispiel indem der Arm manuell bewegt wird und der Cobot sich diese Aktion merkt. Teilweise kommen auch grafische Benutzeroberflächen zum Einsatz. montiert werden. Ihre Merkmale: klein, flexibel und einfach zu programmieren. Teilweise reicht es, den Roboterarm einmal manuell zu führen, die Bewegung wird dann automatisch einprogrammiert. Anders als bei klassischen Industrierobotern, die in abgetrennten Bereichen arbeiten, stehen Cobots in direktem Kontakt mit Arbeitern. Sensortechnik registriert die Position und alle menschlichen Bewegungen. So können Cobots assistieren, ohne ein Verletzungsrisiko dazustellen. Für Produktionslinien in mittelständischen Unternehmen ist vor allem die Flexibilität der Cobots entscheidend. Mensch- Roboter-Teams werden neben Vollautomatisierung und reiner Handarbeit zur dritten Alternative in der Fertigung. Dabei unterstützten sie einen neuen Arbeitsfluss von Mensch und Maschine: Der Cobot übernimmt beispielsweise monotone, gefährliche oder belastende Arbeiten, während der Mensch sich parallel dazu auf anspruchsvolle Montagearbeiten oder auf die Fehlerbehebung konzentriert. Die assoziativen, sensorischen und taktilen Fähigkeiten des Menschen sind und bleiben einzigartig. Bild: kasto/Fotolia Auf der sicheren Seite Um das Verletzungsrisiko zu minimieren, gelten für Cobots strenge Sicherheitsbestimmungen. Sie schreiben beispielsweise weniger verfügbare Dynamik und Kraft vor. In der Regel sind sie leichter, rundlicher und manchmal sogar gepolstert. Cobots bewegen sich langsamer als klassische Roboter. Das ist keine Einschränkung – schließlich soll er sich an die menschliche Geschwindigkeit anpassen und die liegt deutlich unter der einer Maschine. Wird ein Mensch von so einem Roboterarm getroffen, ist die Kraft der Bewegung niemals stark genug, um ihn ernsthaft zu verletzen. Für die Bewegungsauslösung existieren zwei Konzepte: Beim Prinzip der „direkten Handführung“ bewegt sich der Roboter nur, wenn er unmittelbar aktiviert wird – 4. Flexible Einsatzmöglichkeiten Durch das geringe Gewicht können Cobots von nur einem Mann transportiert und an beliebigen Produktionsstellen horizontal oder vertikal montiert werden. zum Beispiel durch eine Berührung. Das verleiht dem Mitarbeiter jederzeit die vollständige Kontrolle. Bewegt sich der kollabora - tive Roboter ohne direkte Anweisung, wird die gemeinsame Tätigkeit kontinuierlich überwacht – mit einer ausgefeilten Sensor- Technologie. Der Roboter wird dann automatisch langsamer, wenn der vorgeschriebene Sicherheitsabstand unterschritten wird – oder stoppt ganz. Beispielhaft Ob Mittelstand oder Industrie, Lösungen für die gelungene Kooperation von Mensch und Roboter gibt es bereits viele, beispielsweise der LBR iiwa von Kuka. LBR steht für „Leichtbauroboter“, iiwa für „intelligent industrial work assistant“. Er ist der erste in Serie gefertigte sensitive – und damit kolla- Industrieanzeiger11.18 39
