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Einzelkämpfer mit Teamgeist Roboter arbeiten zunehmend kollaborativ

| Autor / Redakteur: Reinhard Kluger / M.A. Frauke Finus

Der Roboter von heute ist einfach programmierbar, werkelt nicht mehr hinter Gittern und arbeitet kollaborativ mit dem Bediener Schulter an Schulter. Er steigert in der Fabrik die Produktivität, erhöht die Arbeitssicherheit und sorgt für stabil ablaufende Fertigungsprozesse. Und: Nie war es einfacher in die Robotertechnik einzusteigen. Und: Dank Retrofit bleibt der unermüdliche Helfer sogar über Jahre technisch in Top-Form.

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Roboter und Mensch rücken in der Fabrik zusammen. Kollaborativ heißt das Zauberwort, dass dies gefahrlos geschieht.
Roboter und Mensch rücken in der Fabrik zusammen. Kollaborativ heißt das Zauberwort, dass dies gefahrlos geschieht.
(Bild: Fanuc)

Der Einstieg in die Robotik war wohl noch nie einfacher als heute. Die Roboter der frühen Jahre – groß, unflexibel in ihren Tätigkeiten und obendrein gefährlich für ihre Bediener. Störende Schutzgitter hausten den eisernen Helfer bei seiner Tätigkeit ein, um den Werker vor unliebsamen und gefährlichen Zusammenstößen zu schützen. Das ist heute anders. Mensch und Roboter arbeiten in der Fabrik vermehrt kollaborativ, sie sind flexibel einsetzbar und leicht bedienbar.

Exemplarisch für diese Trends steht der Motoman HC10DT IP67. Konzipiert hat Yaskawa diesen kollaborativen Schweißroboter (Cobot) für kleine Losgrößen und eine hohe Produktvielfalt. Programmierbar ist er ganz einfach: Handgeführt lassen sich die jeweiligen Schweißpositionen spielend leicht anfahren und auf der Oberfläche des Bediengerätes festlegen. Ist das Programm erstellt, erfolgt erst ein „Trockenlauf“. Im „Dry Run“ lässt sich der Programmablauf auf eventuelle Fehler überprüfen, bevor der Roboter zur Schweiß-Produktion scharf gestellt wird. Der Nutzen: Der Bediener muss sich nicht mehr in komplexe Programmierumgebungen einlernen, ihm bleibt mehr produktive Zeit fürs eigentliche Schweißen.

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Schweißkollege werkelt ohne Schutzzaun

Geeignet ist der Roboter ist fürs MIG/MAG-Schweißen und dank der Schutzart IP67 vor Schweißspritzern im Produktionsprozess geschützt. Die integrierten Momentensensoren sorgen dafür, dass er als „Schweißkollege“ ohne Schutzzaun direkt mit dem Mitarbeiter zusammenarbeitet. Der Roboterarm ist nämlich so konstruiert, dass eine Quetschgefahr – etwa für Finger – ausgeschlossen ist. Aus Sicht der deutschen und europäischen Sicherheitsnormen kann er als Roboter mit Leistungs- und Kraftbegrenzung gemäß der technischen Spezifikation ISO TS 15066 eingesetzt werden.

Kollaborativ geht nicht nur klein, sondern auch groß: Mit dem HC20DT IP67 erweitert Yaskawa das Anwendungsspektrum für Applikationen in der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) erheblich: Die Traglast von 20 kg in Verbindung mit einer Reichweite von 1700 mm ermöglicht einen flexiblen Einsatz in vielen verschiedenen Applikationen.

Vor allem bei körperlich belastenden Arbeiten geht der Kollege Roboter den Mitarbeitern helfend zur Hand, er unterstützt sie zum Beispiel beim Palettieren größerer Kartons, Kisten oder anderer stapelbarer Güter. Das Heben solcher hohen Lasten übernimmt der Roboter, um die Arbeitsplatzergonomie zu verbessen und den Mitarbeiter für kognitiv anspruchsvolle Tätigkeiten einsetzen zu können.

Rasch und einfach programmiert

Doch nicht nur die Sicherheit in der Zusammenarbeit mit Robotern steht im Fokus der Entwicklungen, auch die nutzerfreundliche Bedienbarkeit. Sechs integrierte Momentensensoren sowie das Überwachen und Auswerten externer Kräfte ermöglichen es, den Roboterarm direkt mit der Hand zu führen und zu programmieren (Direct Teach, DT). Das Ergebnis: Die Fertigungsprogramme sind schneller erstellt.

In der Fabrik läuft zwar alles ein wenig langsamer ab, wenn Roboter ständig darauf aufpassen müssen, den Menschen nicht ungewollt zu knuffen. Diese Fürsorglichkeit kostet Zeit. Wenn der Kollege Roboter jedoch weiß, dass keine Menschen in seiner Nähe sind – in mannlosen Nachtschichten oder am Wochenende – dann kann er aus seinem kooperativen Modus in den Stand-alone-Modus wechseln und schneller schaffen. Deshalb hat Fanuc seinen Leichtbauroboter CRX-10iA so konzipiert, dass die jeweilige Fertigungsgeschwindigkeit von seinem Modus abhängt: Der kooperative Modus arbeitet mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1000 mm pro Sekunde, im Stand-alone-Modus produziert er mit Geschwindigkeiten von bis zu 2000 mm pro Sekunde. Eine Ampel am Roboter signalisiert den aktiven Modus. Zusätzliche Sicherheitssensoren verlangsamen die Geschwindigkeit auf zulässige Werte, betritt eine Person den Gefahrenbereich.

Ist clever und meidet den Kontakt mit Menschen

Und: Bereits bei sehr leichtem Kontakt mit Menschen stoppt der CRX-10iA. Trifft er auf einen harten Gegenstand, bewegt sich der Roboter automatisch von diesem zurück. Der Bediener kann den Roboter außerdem manuell an drei Achsen wegschieben. Der Roboter, so der Hersteller, erfüllt die Sicherheitsnorm ISO 10218-1. Weil er nicht viel wiegt, lässt er sich benutzerfreundlich installieren. Den nur 40 kg schweren Roboter und den 20 kg schweren Controller kann man bequem per Hand an ihren Einsatzort transportieren und aufstellen. Intuitiv bedienbar ist das Touchpanel mit seiner übersichtliche Benutzeroberfläche und den grafischen Symbolen. Die Programmierung ist per „Drag and Drop“-Funktion möglich. So können selbst Einsteiger in einfachen Schritten Arbeitsprogramme erstellen. Um dem Roboter den gewünschten Bewegungsablauf beizubringen, kann der Bediener ihn zudem manuell führen.

Reine Daten werden zu wertvollen Informationen

Meist werkeln Roboter in der Fabrik nicht allein vor sich hin, sie sind in IT- und Cloud-Umgebungen eingebunden. Eine Herausforderung für die Steuerung, eine, die sich Kuka stellt. Zukunftssichere Hardware, smarte Software und das bei höchst effizienter Leistung und maximaler Wirtschaftlichkeit verspricht der Roboterspezialist aus Augsburg als besondere Merkmale seiner neuen Robotersteuerung KR C5. „Die vollständige Eigenentwicklung ermöglicht uns bei der KR C5 unter anderem ein ganz neues Level an Integrationsdichte und Optimierungsmöglichkeiten. Dietmar Steidl, Product Owner der KR C5 bei Kuka, bilanziert: „Der positive Effekt zeigt sich am deutlichsten in der massiven Verkleinerung der Steuerungen, aber auch beim geringeren Energieverbrauch und der weiter gestiegenen Qualität.“

So benötigt die KR C5 weniger Energie als die Vorgängerversion, sie ist zudem deutlich kompakter. Aufgrund des modularen Schranksystems soll die Hardware langlebig und zukunftssicher sein und – ganz nach Bedarf – erweiterbar. Die hochintegrierten und kompakten Steuerungsmodule lassen sich leicht bedienen und mit verschiedenen Software-Produkten und digitalen Services verknüpfen. Ein weiterer positiver Aspekt: Die Steuerung kann dank des neuen DeviceConnectors Cloud-Systeme einfach mit Daten bedienen – auch ohne zusätzliche Hardware.

Die Fertigung ändert sich, der Roboter hält Schritt

Andreas Knöpfle, Portfolio-Manager der neuen Steuerungsgeneration, fasst zusammen: „Die Steuerungsserie KR C5 ist in den kommenden Jahren die neue Plattform in unserem Kuka-Automatisierungsportfolio. Sie ermöglicht den noch effizienteren Einsatz von Industrierobotern in vielfältigen Anwendungsbereichen.“ Die neue Steuerung wird mit der System-Software (KSS 8.7) ausgeliefert. Außerdem ermöglichen zahlreiche Steuerungsoptionen das Einbinden in unterschiedliche Produktionsanlagen.

Kollaborative Roboter können nicht allein mit dem Menschen Schulter an Schulter arbeiten, in ihrem Bunde der Dritte kann auch die Werkzeugmaschine sein. Wie bei der Truarc Weld 1000 von Trumpf, mit der der Laserspezialist in die Technik des roboterunterstützten Lichtbogenschweißens einsteigen will. Der Bediener nimmt den Cobot an die Hand und teacht mit ihm zusammen die Schweißnaht. Abgespeichert werden die Daten für die Wegepunkte, sowie die Anfangs- und Endpunkte der Schweißnaht. Damit sollen die Schweißprogramme in wenigen Minuten erstellt sein, sogar von Personen, die kaum technische Vorkenntnisse haben müssen. So soll man die Maschine mithilfe von Video-Tutorials in wenigen Stunden in Betrieb nehmen können. Weil sie zeitsparend programmierbar ist, rechne sie sich schon bei kleinen Stückzahlen und Einzelstücken. Damit lassen sich Bauteile automatisiert produktiver fertigen, als Anwender sie sonst per Hand hergestellt haben. Mann wolle, so Trumpf, damit dem wachsenden Mangel an Fachkräften entgegenwirken, weil das den Einstieg ins automatisierte Schweißen erleichtert.

Roboter altern nicht – stets fit bleiben für die Fabrik

Wenn Roboter in die Jahre kommen, haben sie dennoch in der Fabrik oft noch nicht ausgedient, müssen nicht zum Alteisen. Nachhaltigkeit heißt das Gebot der Stunde, eine Maxime, die auch für die unermüdlichen Helfer gilt. Deshalb haucht ABB seinen gebrauchten Robotern ein zweites Leben ein, kauft die Systeme am Markt auf, überholt und modernisiert sie, um sie nach einem mindestens 16-stündigen Funktionstest wieder zu verkaufen.

„Wir bereiten unsere Roboter unter Verwendung der Original-Konstruktionspläne, -Spezifikationen und -Maßangaben komplett neu auf. Dadurch gewährleisten wir, dass die Roboter das gleiche Qualitäts-, Leistungs-, Haltbarkeits- und Sicherheitsniveau wie ein neuer ABB-Roboter bieten“, sagt Jan Borsky, Vertriebsleiter der globalen Reparatur- und Wiederaufbereitungszentren von ABB. Die Second-Life-Roboter lassen sich auf die aktuellste Steuerungsversion aufrüsten und die Funktionalitäten wie Ability Connected Servises, wie die Software Robot-Studio Simulationsprogramme sowie Offline-Programmiersoftware von ABB. Und: Dank der Safe-Move-Software können die Bediener zusammen mit dem Roboter arbeiten, ohne dass umfangreiche Schutzvorrichtungen erforderlich sind. Die Folge: reduzierter Platzbedarf und geringere Kosten bei der Installation.

„Wir haben Kunden auch dabei unterstützt, zusätzliche Roboter zu ihrer bestehenden Produktionslinie hinzuzufügen. Wenn sie feststellen mussten, dass das benötigte spezielle Modell eingestellt worden war, beschafften und installierten wir ein wiederaufgearbeitetes Modell, so dass das Unternehmen weiterhin von langfristigen Effizienzsteigerungen bei Wartung, Ersatzteilen und Mitarbeiterschulung profitieren konnte“, bilanziert Jan Borsky den Nutzen.

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