Während sie noch vor einem Jahrzehnt eine aufstrebende Technologie waren, die allgemein mit Skepsis betrachtet wurde, sind kollaborative Roboter - auch Cobots genannt - heute das am schnellsten wachsende Segment der Industrierobotik. Und sie sind darauf ausgelegt, eng mit Menschen zusammenzuarbeiten. Der Begriff hat eine sehr präzise Bedeutung, die sich aus der Kombination der beiden Wörter "kollaborativ" und "Roboter" ableitet und tatsächlich eine Robotertechnologie beschreibt, die in der Lage ist, sowohl operative als auch integrative Flexibilität zu kombinieren und in völliger Sicherheit mit der Umgebung und natürlich mit den Bedienern zu interagieren, mit denen sich die Maschinen bestimmte Aufgaben teilen.
Sie werden also verstehen, wie Cobots im Rahmen der Unternehmensinnovation das Potenzial haben, die Produktions- und Arbeitsparadigmen sowie die Beziehung zwischen Maschine und Mensch, wie sie traditionell verstanden wird, tiefgreifend zu verändern. Und wenn es stimmt, dass die Robotik und die künstliche Intelligenz im Allgemeinen exponentiell wachsen, so wird auch das Aufkommen der Industrie 5.0 erhebliche Veränderungen in der Gesellschaft und neue Szenarien für die Anwendung dieser Art von Innovation mit sich bringen. Alles im Namen einer nachhaltigeren, widerstandsfähigeren und menschenzentrierten Industrie.
Cobots: Definition und Geschichte der kollaborativen Roboter
Kollaborative Roboter sind per Definition in der Lage, eine große Anzahl von Anwendungen zu automatisieren und sich in vielen verschiedenen Bereichen zu bewegen. Wir haben es mit leistungsstarken und flexiblen Werkzeugen zu tun, die aufgrund ihrer einfachen und schnellen Programmierung sofort in die Produktion einsteigen und in kürzester Zeit von einer Tätigkeit zur nächsten übergehen können. Die erste Definition eines Roboters wurde in einem Patent aus dem Jahr 1999 festgehalten, das "eine Vorrichtung und ein Verfahren zur direkten Integration zwischen einer Person und einem generischen, von einem Computer gesteuerten Manipulator" betraf. Heutzutage bezieht sich die Beschreibung auf das, was wir als intelligentes Assistenzgerät (IAD) bezeichnen würden, praktisch der Vorfahre der modernen Cobots, die dem berühmten General Motors bei der Einführung der Robotik im überfüllten und sehr wettbewerbsintensiven Automobilsektor nützlich waren.
Das ultimative Ziel war es, die Arbeiter bei Montagearbeiten zu unterstützen, wobei sich die Maschine in einer nicht abgesicherten Umgebung bewegte. Erst 2004 brachte KUKA, ein deutsches Unternehmen, das Pionierarbeit in der kollaborativen Robotik geleistet hat, in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt das Modell LBR3 auf den Markt, den ersten Leichtbau-Cobot mit eigener Bewegungsenergieversorgung, der 2008 und 2013 mit zwei weiteren Modellen weiterentwickelt wurde.
In denselben Jahren brachte das dänische Unternehmen Universal Robot den UR5 auf den Markt, den ersten Cobot, der in der Lage ist, Aufgaben sicher an der Seite von Mitarbeitern auszuführen, und läutete damit die Ära flexibler kollaborativer Roboter ein, die sich durch niedrigere Kosten und größere Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Trotz anfänglicher Skepsis wächst der Markt für Industrieroboter inzwischen um 50 % pro Jahr. Bei einem Umsatz von über 3 Milliarden Dollar. Im Vergleich zu herkömmlichen Industrierobotern sind die in der kollaborativen Robotik eingesetzten Roboter extrem klein und leicht und für die Zusammenarbeit mit Menschen ausgelegt. Ohne Schutz oder Umzäunungen zu benötigen, können Cobots Abstände und Sicherheitsmaßnahmen einhalten, sowohl untereinander als auch mit Menschen, indem sie immer genauere native Sicherheit, fortschrittliche Sensoren und fortschrittliche Programmierung nutzen. Um nur einige Beispiele zu nennen, können sie bei Kontakt mit einem Bediener anhalten oder bei drohendem Kontakt abbremsen, ganz zu schweigen davon, dass die Zeiten und Abstände der Stopps programmierbar und individuell anpassbar sind. Der Bereich der kollaborativen Robotik ist daher eine unerschöpfliche Quelle neuer Möglichkeiten für die Integration der Automatisierung in die sogenannte intelligente Fabrik. Ein Cobot ist ein kompakter und sicherer Roboter, aber vor allem ist er ein Werkzeug mit eigener Intelligenz in den Händen der Arbeiter und Bediener im Allgemeinen. Und es zeichnet sich, wie bereits erwähnt, durch eine ausgesprochene Einfachheit in der Programmierung und Anwendung aus, zusammen mit der typischen Schnelligkeit der Integration in die Produktionskette und der fast sofortigen wirtschaftlichen Rentabilität der Investition. Es ist daher naheliegend, sich kollaborative Roboter als anthropomorphe Maschinen mit Bewegungen auf sechs Achsen vorzustellen, die genau nach den Kriterien Sicherheit, Flexibilität und Kompaktheit konzipiert sind.
Kollaborative Roboter und Industrieroboter: die Unterschiede
Nachdem wir nun ein allgemeines Verständnis davon haben, was kollaborative Roboter sind, scheint es offensichtlich, dass die von privaten Unternehmen und öffentlichen Verwaltungen eingesetzten Roboter nicht alle gleich sind: Wir unterscheiden sie nach Größe, Geschwindigkeit, Aktionsradius, Anwendungsfähigkeiten und operativer Flexibilität. Nicht zu vergessen die Kosten und die Notwendigkeit von Sicherheitsbarrieren. Die Unterschiede zwischen Cobots und herkömmlichen Robotern sind in diesem Sektor besonders ausgeprägt und lassen sich anhand von drei spezifischen Eigenschaften vereinfachen. Der erste ist das bereits erwähnte Sicherheitsniveau, das in der kollaborativen Robotik so hoch ist, dass die Maschinen dank der 17 standardmäßig unter ihrer Hülle vorhandenen Sicherheitsvorrichtungen und einer breiten Palette von Sensoren ohne kostspielige Barrieren agieren können. Der zweite Punkt betrifft die Flexibilität, das eigentliche Markenzeichen eines Cobots.
Traditionelle Roboter führen nämlich zu einer starren Automatisierung, die nur für große Produktionsmengen optimal ist, während Cobots aufgrund ihrer geringen Größe leicht innerhalb der Industrie bewegt werden können, um nur dort eingesetzt zu werden, wo sie gebraucht werden. Darüber hinaus wird die Flexibilität dieser Tools durch ihre einfache Programmierung unterstrichen, die mit einer schnellen Bereitstellung einhergeht - die dritte Eigenschaft auf der Liste. Die Programmierung, die einfach und intuitiv ist, kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen: mit dem so genannten Teach-Pendant, das die Touchscreen-Funktionalität und eine grafische Vorlage nutzt, um die Programme des Roboters direkt einzustellen, und mit dem freien Antrieb, der es ermöglicht, den Roboter durch die Bewegung seines Arms im Raum zu programmieren, so dass er die gewünschte Aktion perfekt nachahmen kann.
Praktisch gesehen handelt es sich um eine einsatzbereite Lösung, die Produktionslinien und -prozesse verbessern kann, sogar mit einer 220-V-Stromversorgung, die es ermöglicht, sie praktisch überall zu integrieren - sogar in einigen zivilen Umgebungen. Eine Anwendung, die synergetisch von einem Bediener und einem kollaborierenden Roboter verwaltet wird, ist zudem um 85 % produktiver als eine vollautomatische oder vollständig manuelle Anwendung, eben weil Cobots in der Lage sind, das Beste aus menschlicher Arbeit und der Präzision der Automatisierung mit einem klaren Vorteil zu kombinieren.
Ein weiterer großer Anreiz für den Einsatz kollaborierender Roboter ist die Tatsache, dass diese Maschinen die Fähigkeit besitzen, ohne Unterbrechung von einer Aufgabe zur nächsten zu wechseln. Dies gilt unabhängig vom Anwendungsbereich, der Größe des Unternehmens und der Art des Produkts, was sie zu einer sehr geeigneten Technologie auch für Montagelinien macht, die mit kleinen Losen und gemischten Produktionen arbeiten.
Die Entwicklung der kollaborativen Robotik
Obwohl wir in den einleitenden Zeilen betonen wollten, wie schnell sich kollaborative Roboter entwickeln und verbreiten, haben derzeit einige Unternehmen Zweifel an ihrer Integration geäußert, während es für die meisten Produktionsstätten noch schwierig ist, ihre tatsächliche Anwendung vorherzusehen. Wie in jedem Bereich von Wissenschaft und Technik gibt es auch bei Cobots einige Einschränkungen und Herausforderungen. Das reimt sich zum einen auf die Notwendigkeit einer verfeinerten manuellen Geschicklichkeit, insbesondere beim Aufnehmen und Verarbeiten von kleinen und eher empfindlichen Teilen. Zum anderen geht es um die Fähigkeit, schnell Entscheidungen zu treffen, um Hindernissen auszuweichen, ohne die Produktion zu unterbrechen - mit allen Konsequenzen.
Die Branchenführer arbeiten bereits an der Lösung dieser anspruchsvollen Herausforderungen und suchen nach Antworten, indem sie Cobots entwickeln, die mit immer schnelleren Prozessoren und integrierten Bildverarbeitungssystemen ausgestattet sind. Diese Lösungen zeichnen ein ehrgeiziges, aber futuristisches Bild der Industrie 5.0 und werden den Cobots selbst eine exponentiell höhere Produktivität ermöglichen. Darüber hinaus werden Maschinen mit kollaborativem Charakter dazu beitragen, kritische Fragen und Probleme innerhalb eines Produktionszyklus einzudämmen und schließlich zu lösen, was Verbesserungen in Bezug auf Energie-, Ressourcen- und Zeiteinsparungen mit sich bringt.
Es ist also kein Zufall, dass zu den Merkmalen der neuen Generation von Industrierobotern eine größere Einsatzflexibilität, eine einschneidende Anpassungsfähigkeit an im Voraus nicht bekannte Situationen, eine genaue Positionierungsgenauigkeit und eine Wiederholbarkeit der Ausführung gehören, wie wir bereits mehrfach erwähnt haben. Kurz gesagt, Cobots stellen sowohl eine stetig wachsende Gegenwart als auch eine zunehmend automatisierte Zukunft dar: Ängste, selbst bei denjenigen, die in diesem Bereich arbeiten, haben weiterhin ihre Daseinsberechtigung, aber die Aufregung über die nächste Entwicklung ist spürbar. Die Programmierphilosophie der Cobots basiert nämlich auf der Gewinnung von Parametern, der Entwicklung und dem Einsatz echter mechanischer, robotischer und hochgelenkiger Arme.