Die Zeit der Cobots

Ein Cobot kann trainiert werden, indem sein Arm von einer Position zur anderen bewegt wird. Die rechte Hand des Bedieners befindet sich auf einer hochauflösenden Kamera, mit der der Cobot sehen kann, wo er sich befindet und was sich an diesem Ort befindet. (Bildquelle: Omron)

Auf dem Weg vom Roboter zum Cobot hat es zahlreiche Anpassungen gegeben, denn Cobots arbeiten anders, sie werden anders programmiert, sie sind in der Regel kleiner, einfacher und in einigen Fällen mobil, sie werden für andere Prozesse eingesetzt als Roboter und sie müssen andere Sicherheitsstandards einhalten. Cobots konkurrieren im Allgemeinen nicht mit Robotern und ersetzen diese auch nicht, sondern erweitern die Möglichkeiten für den Einsatz automatisierter Prozesse. Cobots sind so konzipiert, dass sie nicht nur mit Menschen zusammenarbeiten, sondern auch von Ort zu Ort bewegt werden können. Diese Merkmale haben wichtige Auswirkungen auf die Programmierung von Cobots, auf die Frage, wo und wann sie eingesetzt werden, und auf die Sicherheitsanforderungen an Cobots.

Ein Manipulator-Cobot (oben) kann von einem autonomen mobilen Roboter (unten) aufgenommen und zu einer neuen Arbeitsstation gebracht werden. (Bildquelle: Omron)

Lernende Cobots

Industrieroboter werden mit Sprachen wie C und C++ programmiert. Cobots haben sich so entwickelt, dass sie mit verschiedenen programmfreien Hilfsmitteln wie Anhängern, Tablet-Computern und sogar durch manuelles Bewegen des Cobot-Arms von Punkt zu Punkt „angelernt“ werden können. Durch den Einsatz verschiedener Lernmethoden anstelle der herkömmlichen Programmierung können Cobots neue Aufgaben schneller erlernen, was wichtig ist, wenn der Cobot von einer Aufgabe zur nächsten wechselt. Die Zeit, die für die Programmierung eines Industrieroboters benötigt wird, ist wirtschaftlich sinnvoll, da er für relativ lange Zeiträume in hohen Produktionsanwendungen eingesetzt wird. Andererseits müssen Cobots neue Prozesse schnell erlernen, um längere teure Ausfallzeiten zu vermeiden. Die Maschinenbediener können den Cobots bestimmte Aufgaben beibringen, ohne die Hilfe von spezialisierten Programmierern in Anspruch nehmen zu müssen. Aufgaben wie „Aufnehmen und Plazieren“, einschließlich der visuellen Kontrolle der Ergebnisse, können einem Cobot in wenigen Minuten beigebracht werden.

Cobots sind flexibel und können in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden. (Bildquelle: Omron)

KI im Einsatz

KI und maschinelle Bilderfassung können dazu beitragen, dass Cobots besser lernen und funktionieren. Intelligente Bildverarbeitungssysteme für Cobots bieten eine Reihe von Funktionen wie die Identifizierung und Positionierung von Objekten, die Interpretation von Barcodes und Totems, den Musterabgleich und die Farberkennung. Das Bildverarbeitungssystem kann auch Handgesten ermöglichen, um den Roboter von Position zu Position zu führen und ihm einen neuen Prozess beizubringen. In anderen Fällen können Maschinenbediener Cobots schnell und effizient mit einem Drag and Drop-Flussdiagramm auf einem Tablet-Computer anlernen.

Cobots können nicht nur mit Menschen zusammenarbeiten, sondern auch mit autonomen mobilen Robotern (AMR), um von Aufgabe zu Aufgabe zu gelangen. AMR sind spezialisierte Cobots, die mit Menschen, Cobots, Robotern und Maschinen zusammenarbeiten und Aufgaben wie den Materialtransport mit hervorragender Effizienz erledigen. Wie der Materialtransport ist auch das Bewegen eines Roboters von einem Ort zum anderen keine hochqualifizierte Tätigkeit, so dass er sich für die AMR-Implementierung eignet. AMR navigieren von Ort zu Ort, indem sie bordeigene Sensoren und Computer zur Erfassung ihrer unmittelbaren Umgebung mit drahtlosen Verbindungen zu zentralen Computerressourcen und ausgeklügelten Sensornetzwerken in der gesamten Anlage kombinieren, damit AMR die Position von Hindernissen auf einer geplanten Route erkennen und effizient um feste Hindernisse wie Arbeitsstationen, Regale und Roboter sowie variable Hindernisse wie Gabelstapler, andere AMR und Menschen herum navigieren können.

Intuitive Drag and Drop-Programmierung maximiert die Produktivität und Flexibilität des Cobots. (Bildquelle: Omron)

Wozu Cobots?

Die Fähigkeit von Cobots mit AMR, Menschen, anderen Robotern und Maschinen zusammenzuarbeiten, eröffnet neue Möglichkeiten für die Automatisierung. Cobots kommen bei der Massenanpassung in einer Vielzahl von Branchen und Prozessen zum Einsatz, z. B. bei Montagevorgängen, Dosierung, Schrauben, Maschinenbedienung, Palettierung, Bestückung und mehr, in einem ebenso breiten Spektrum von Branchen von der Automobilindustrie über die Lebensmittelverarbeitung bis hin zur Halbleiterfertigung. Die Ausführung sich wiederholender oder komplexer Montageaufgaben kann effizient von Cobots übernommen werden, die neben Menschen arbeiten. In Verbindung mit einem AMR kann ein Cobot die Durchführung komplexer Kommissioniervorgänge und die Lieferung von Materialien an den Arbeitsplatz verbessern. Sobald das Material angeliefert wurde, kann ein Cobot die Produkte schnell für den Versand palettieren. Mithilfe von maschineller Bilderfassung und künstlicher Intelligenz können Cobots fertige Teile prüfen, sortieren, vom Förderband abnehmen und in Kartons legen. Cobots können ihr Verhalten schnell anpassen, um neue Produkte und saisonale Schwankungen zu berücksichtigen.

Entlastung für den Menschen

Cobots lassen sich an verschiedene Fertigungsprozesse anpassen, darunter (wie bereits erwähnt) Maschinenbedienung, Schrauben und Dosieren. CNC-Maschinen, Stanz- und Prägepressen, verschiedene Schneidemaschinen und Spritzgießstationen gehören zu den Maschinenbedienungsaufgaben, bei denen Cobots Menschen von sich wiederholenden und potenziell gefährlichen Tätigkeiten entlasten können. Schraubroboter sorgen für Präzision und ein gleichmäßiges Drehmoment, was zu einer höheren Qualität als bei der manuellen Montage führt. Das Auftragen von verschiedenen Materialien wie Klebstoffen, Dichtungen, Farben und anderen Veredelungen kann von Robotern mit hoher Präzision durchgeführt werden. Die Endeffektoren der Cobots sind austauschbar und ermöglichen es den Cobots, sich je nach Bedarf von Aufgabe zu Aufgabe zu bewegen.

Maschinelle Bilderfassung

Die Inspektion fertiger Teile oder Produkte ist ein weiterer Bereich, in dem Cobots mit maschineller Bilderfassung hervorragende Leistungen erbringen können. Bei komplexen Teilen kann eine gründliche Inspektion hochauflösende Bilder aus verschiedenen Blickwinkeln erfordern, was die Koordination mehrerer stationärer Kameras voraussetzt. Alternativ kann ein Roboter mit einer einzigen Kamera das zu prüfende Teil identifizieren und sich entsprechend um das Teil herum bewegen, um alle für eine vollständige Sichtprüfung erforderlichen Bilder zu erfassen.

Entwicklung der Sicherheit von Cobots

Mit den Cobots haben sich auch die Sicherheitsaspekte weiterentwickelt. Im Vergleich zu Industrierobotern sind die Sicherheitsanforderungen für Cobots komplexer. Ein Team, das aus einem Cobot und einem Menschen besteht, kann die repetitiven Leistungsfähigkeiten von Robotern mit den individuellen Fähigkeiten und der Flexibilität von Menschen kombinieren. Cobots (und Roboter) können Aufgaben bewältigen, die Präzision, Ausdauer und Kraft erfordern, während Menschen in der Lage sind, unpräzise Situationen und variable Probleme zu lösen. Die Kombination dieser sich ergänzenden Fähigkeiten bringt Herausforderungen mit sich, die mit der sicheren Interaktion zwischen Menschen und Robotern zusammenhängen.

Die Sicherheitsstandards für Industrieroboter beruhen im Allgemeinen darauf, dass der Bediener vom Arbeitsbereich ausgeschlossen wird, während der Roboter aktiv ist. Cobot-Sicherheit antizipiert die Interaktion mit Menschen. Die Geschwindigkeits-, Drehmoment- und Kraftbegrenzungen des Cobot sind die entscheidenden Sicherheitsstandards und beinhalten einen Notstopp und einen Schutzstopp.

Not-Stop entscheidendes Tool

Ein Notstop eines Roboters wird vom Bediener eingeleitet; er stoppt alle Bewegungen des Roboters und unterbricht die Stromversorgung des Roboters. Zur Wiederherstellung nach einem Notstopp ist ein Neustart erforderlich. Ein schützendes Anhalten erfolgt automatisch, wenn eine Person den Schutzraum um den Cobot betritt. Während eines Schutzstopps ist der Roboter noch mit Strom versorgt. Außerdem werden die Bewegungsgeber des Roboters während eines Schutzstopps auf unbeabsichtigte Bewegungen überwacht. Wenn eine unbeabsichtigte Bewegung erkannt wird, wird die Stromversorgung unterbrochen.Einige Cobots sind mit zwei Geschwindigkeitsstufen ausgestattet, eine für maximale Leistung und eine für maximale Sicherheit. Bei der Leistungseinstellung wird davon ausgegangen, dass keine Person den geschützten Raum des Cobots betritt und dass der Cobot mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, um maximale Produktivität zu erzielen. Wenn eine Person den geschützten Raum betritt, schaltet der Cobot automatisch in die Mensch-Cobot-Einstellung, um maximale Sicherheit mit reduzierten Geschwindigkeiten, Drehmomenten und Kräften zu gewährleisten.

Normen und Richtlinien

Es gibt mehrere sich entwickelnde Normen und Richtlinien zur Sicherheit von Cobots. Die technische ISO-Norm 15066:2016 und der technische RIA-Bericht 15.606-2016 beschreiben die vier kollaborativen Techniken, die zur Verringerung der Risiken für menschliche Arbeitskräfte eingesetzt werden: sicherheitsbewertete Monitorstopps, Handführung, Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung sowie Systeme zur Kraftbegrenzung (PFL). TS 15066 ist normativ und beschreibt die Schritte, die für die Konformität mit der Norm erforderlich sind. TS 15.606 ist informativ und enthält Informationen und Methoden, die für die Einhaltung der Norm verwendet werden können. Die RIA TR R15.806-2018 beschreibt ein Verfahren zur Prüfung von Kräften, die von einem PFL-System ausgeübt werden. Sensorsysteme sind für die Einhaltung von Normen in Bezug auf die Überwachung von Geschwindigkeit und Abstand erforderlich. Bei PFL-Systemen und sicherheitsrelevanten Monitorstopps ist eine Absicherung in Sperrzonen erforderlich. ISO 13855:2010 legt die Positionierung von Schutzmaßnahmen in Bezug auf die Annäherungsgeschwindigkeit von Cobots an bestimmte Teile des menschlichen Körpers fest. Sie bietet eine Methodik zur Bestimmung der Mindestabstände zu einem Gefahrenbereich vom Erkennungs-/Ausschlussbereich oder den auslösenden Schutzeinrichtungen.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Cobots keine Roboter ersetzen, sondern sie erweitern die Möglichkeiten der Automatisierung, und die Grenze zwischen Robotern, Cobots und Menschen ist zunehmend fließend. Da Cobots immer mehr wie Kollegen und weniger wie Industrieroboter behandelt werden, werden die Sicherheitsstandards für Cobots erweitert und immer wichtiger, um sicherzustellen, dass das Produktivitätsversprechen der Zusammenarbeit von Cobot und Mensch sicher umgesetzt wird.