Cobots – alles, was Sie über kollaborative Roboter wissen müssen

Robotik
29. Feb 2024
Cobots – alles, was Sie über kollaborative Roboter wissen müssen

In den letzten Jahren hat sich die Landschaft der industriellen Automatisierung durch die Entwicklung von “collaborative robots”, allgemein bekannt als Cobots, grundlegend verändert. Diese innovativen Maschinen repräsentieren einen bedeutenden Fortschritt in der Robotik und bieten eine einzigartige Kombination aus Automatisierung und menschlicher Interaktion.

Cobots sind so konzipiert, dass sie synchron mit menschlichem Personal arbeiten. Sie automatisieren sich wiederholende Aufgaben und gewährleisten gleichzeitig Sicherheit und Effizienz. So sind Cobots schnell zu unverzichtbaren Bestandteilen moderner industrieller Umgebungen geworden.

In diesem Artikel werden wir einige wesentliche Aspekte des weiten Feldes von Cobots behandeln. Weiters werden wir grundlegende Informationen, Vorteile und Anwendungsgebiete von Cobots besprechen.

Was ist ein Cobot?

Ein Cobot ist ein kollaborativer Roboter, der entwickelt wurde, um mit menschlichen Bedienern in einem gemeinsamen Arbeitsbereich zusammenzuarbeiten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern sind Cobots darauf optimiert, physisch mit Menschen zu interagieren.1

Cobots können beispielsweise anpassungsfähige Roboterarme haben, die in der Lage sind, mit verschiedenste Nutzlasten zu operieren. Mit ihren maßgeschneiderten Endeffektoren eignen sie sich hervorragend für spezifische Roboteranwendungen in unterschiedlichsten Branchen. Diese Maschinen optimieren die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter und automatisieren sich wiederholende Aufgaben. So wird die Gesamteffizienz erheblich verbessert.

Cobot oder Industrieroboter: Die Unterschiede

Der Vergleich zwischen kollaborativen Robotern (Cobots) und Industrierobotern zeigt wesentliche Unterschiede. Herkömmliche Industrieroboter arbeiten autonom in isolierten Umgebungen. In der Regel sind Industrieroboter nicht für die menschliche Interaktion ausgelegt, da sie nicht über erforderliche Sicherheitstechnologien verfügen. Sie sind für Fertigungsumgebungen wie in der Automobil- oder Pharmaindustrie ausgelegt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern eröffnen Cobots eine neue Dimension der Zusammenarbeit. Sie sind darauf ausgelegt, Seite an Seite mit menschlichen Kollegen zu arbeiten. Dabei sind sowohl Sicherheitsfunktionen als auch Anpassungsfähigkeit erforderlich.

Vorteile von kollaborierenden Robotern

Cobots bieten eine Reihe von Vorteilen bei verschiedensten industriellen Anwendungen. Sie verfügen über vielseitige Nutzlastkapazitäten, wodurch sie sich an eine Vielzahl von Aufgaben anpassen lassen. Ihr benutzerfreundliches Design sorgt für eine einfache Integration in Arbeitsabläufe und steigert die Gesamteffizienz.

Der wichtigste – und offensichtlichste – Vorteil von Cobots basiert darauf, wie Cobots neben Menschen arbeiten. Die Zusammenarbeit zwischen menschlichen Arbeitern und Cobots beeinflusst die Produktqualität erheblich, insbesondere bei Aufgaben, die Präzision und strenge Qualitätskontrolle sowie Vielseitigkeit erfordern. Cobots können Routineoperationen oder Bereiche übernehmen, in denen menschliche Fähigkeiten in Bezug auf Stärke, Präzision oder Effizienz nicht mehr ausreichen. Dies ermöglicht es menschlichen Arbeitern, sich auf komplexere Aufgaben zu konzentrieren, was letztendlich den gesamten Prozess kosteneffizient macht.

Mit der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) kombinieren Cobots die Fähigkeiten von Menschen und Robotern zu einer sinnvollen Automatisierungslösung.

Bei der Kaufentscheidung kommt es verschiedene Faktoren an, z. B. auf Anwendungsanforderungen wie Nutzlast, Reichweite, Geschwindigkeit und Genauigkeit sowie auf den Integrationsgrad und die Skalierbarkeit.

Vorschriften bezüglich Cobots – was es zu beachten gilt

Die Integration kollaborativer Roboter am Arbeitsplatz erfordert die Einhaltung spezifischer Regeln zur Gewährleistung von Sicherheit und ethischen Standards. Zu den wichtigsten Vorschriften gehören:

  • ISO 10218 und ISO 15066: Weltweit anerkannte ISO-Normen, die Sicherheitsanforderungen für Industrieroboter festlegen und sicherstellen, dass Cobots die entsprechenden Sicherheitsnormen einhalten. Die International Federation of Robotics (IFR) spricht immer dann von Cobots, wenn die Roboter gemäß der ISO 10218-1 und für den kollaborativen Einsatz designed sind.
  • ANSI/RIA R15.06-2012: Ein Standard des American National Standards Institute (ANSI), der Richtlinien für das Design, die Verwendung und die sichere Integration von Industrierobotern, einschließlich kollaborativer Systeme, beschreibt.
  • OSHA-Vorschriften (USA): Die Vorschriften der Occupational Safety und Health Administration (Arbeits- und Gesundheitsverwaltung) in den Vereinigten Staaten umreißen die Verantwortlichkeiten der Arbeitgeber für die Gewährleistung eines sicheren Arbeitsplatzes. Sie schließen auch die Integration von Cobots mit ein.
  • ISO 13849-1 und ISO 13849-2: Diese Internationale Normen konzentrieren sich auf sicherheitsrelevante Teile von Steuerungssystemen und geben Kriterien für die Gestaltung und den Einsatz von Sicherheitssystemen bei Cobots vor.

Beispiel – Wie kann ein Cobot mit Menschen zusammenarbeiten?

Ein Cobot oder kollaborativer Roboter ist so konzipiert, dass er mit menschlichen Bedienern zusammenarbeitet und Sicherheit und Anpassungsfähigkeit in den Vordergrund stellt. Diese Roboter sind vielseitig, leicht umprogrammierbar und mit verschiedenen Endeffektoren für bestimmte Aufgaben ausgestattet.

In der Bestandsführung übernehmen Cobots beispielsweise autonom die Materialhandhabung, unterstützen Montagelinien und führen Qualitätskontrollen durch. Durch den Einsatz fortschrittlicher Berechnungsverfahren analysieren sie Daten zur Entscheidungsfindung und gewährleisten damit genaue Lagerbestände. Mit raffinierten Sensoren ausgestattet, zeigen diese Roboter ein hohes Bewusstsein für gemeinsam genutzte Arbeitsbereiche und navigieren geschickt neben ihren menschlichen Kollegen, indem sie ihre Bewegungen dynamisch anpassen. Neben den stationären Cobots gibt es mittlerweile auch mobile Roboter auf dem Markt. Losgelöst von einer örtlichen Begrenzung sind diese kollaborativen Roboter extrem flexibel. Teilen sich Mensch und Roboter also einen Arbeitsraum ohne trennende Schutzeinrichtung, sprechen wir von Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK).    

Nicht alle Cobots sind dafür gedacht, mobil zu sein: In Bereichen wie der Fertigung werden Roboter, die für die Zusammenarbeit entwickelt wurden, oft als statische Systeme konzipiert. Hier steuert ein manueller Bediener den Roboter oder übernimmt eine aktive Rolle im Herstellungsprozess.In Bereichen wie der Fertigung werden Roboter, die für die Zusammenarbeit entwickelt wurden, oft als statische Systeme konzipiert. Hier steuert ein manueller Bediener den Roboter oder übernimmt eine aktive Rolle im Herstellungsprozess.

Cobots in der Fertigung

Cobots haben Fertigungsprozesse revolutioniert und die Effizienz und Präzision bei verschiedenen Aufgaben verbessert. Bei der Montage arbeiten sie nahtlos mit Menschen zusammen und konstruieren anspruchsvolle Komponenten. Ihre Fähigkeiten erstrecken sich auch auf Pick-and-Place-Operationen, bei denen sie Artikel präzise und effizient handhaben.

Die Qualitätskontrolle ist eine weitere Stärke der Cobots, da sie Produkte sorgfältig prüfen und sicherstellen, dass die strengen Standards eingehalten werden. Vielseitige Endeffektoren ermöglichen es ihnen, Aufgaben präzise auszuführen, vom Greifen bis zum Einsatz spezieller Werkzeuge. Als ausgeklügelte Manipulatoren steuern Cobots komplexe Produktionsaufbauten und optimieren die Ergebnisse.

Ziele von Automatisierung der Intralogistik in der Produktion sind effektiver Personaleinsatz, Zeitersparnis und geringe Fehlerquoten. Automatisierungslösungen können vor allem auch mittelständische Unternehmen entlasten und die Produktion effizienter machen.

Cobot-Anwendung in verschiedenen Branchen

Cobots finden in verschiedenen Bereichen eine Vielzahl von Anwendungen. Zu den wichtigsten Einsatzbereichen von Cobots gehören:

  • Rehabilitation: Cobots werden in Rehabilitationsprozessen eingesetzt und unterstützen die Physiotherapie von Patienten. Dank ihrer Anpassungsfähigkeit können sie mit Therapeuten zusammenarbeiten und bieten gezielte Unterstützung bei Rehabilitationsübungen.
  • Automobilindustrie: Cobots sind unverzichtbare Komponenten in Produktionslinien der Automobilindustrie. Sie stapeln Paletten und bedienen Maschinen. Sie unterstützen beim Materialtransport und der Fließbandmontage – und das alles mit hoher Wiederholgenauigkeit.
  • Logistik: Cobots spielen eine entscheidende Rolle in der Logistik, vor allem bei Aufgaben wie Materialhandling, Palettierung, Verpackung und Auftragsabwicklung.
  • Luft- und Raumfahrt: Cobots werden hier für Aufgaben wie Teilemontage, Inspektion und Materialtransport in sehr komplexen Produktionsumgebungen eingesetzt.
Cobot – all you need to know about collaborative robots

Einige Hersteller – ein kurzer Überblick

  • FANUC: Mit neuen Modellen reagiert das Unternehmen immer wieder auf die gestiegene und sich veränderende Nachfrage im Bereich der Cobots.
  • Mit dem 2011 auf der Hannover Messe vorgestellten Konzeptroboter Frida gehört ABB zu den Pionieren der kollaborativen Robotik. 2015 kam Frida dann als Zweiarm-Cobot Yumi offiziell auf den Markt.
  • Der deutsche Roboterpioneer KUKA verkaufte 2004 die ersten computergesteuerten Cobots (KUKA LBR 3) die in einer Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelt wurden.
  • Die 1933 gegründete OMRON Corporation mit Sitz in Kyoto, Japan, ist auf Automationslösungen spezialisiert. So wird Maschinenbeschickung mit Cobots von OMRON völlig automatisiert.
  • BOSCH entwickelte beispielsweise einen Roboter mit einer speziell entwickelten Schutzhaut. Diese Haut ist mit kapazitiven Sensoren gespickt und stoppt den Roboter, noch bevor es zu einer Berührung mit Menschen kommt.
  • UNIVERSAL ROBOTS ist ein erfolgreiches dänisches Unternehmen, das auf die Herstellung von kollaborativen Robotern spezialisiert ist. Am 5. Dezember 2008 verkaufte das Unternehmen seinen ersten kollaborierenden Roboter. Heute sind mehr als 27.000 Cobots von UNIVERSAL ROBOTS rund um den Globus im Einsatz. Der Universal Robots UR10e ist ein äußerst vielseitiger kollaborierender Roboter mit hoher Traglast (12,5 kg) und großer Reichweite. Der Universal Robots UR16e bietet beeindruckende 16 kg Traglast und eine kompakte Bauweise.
  • Der dänische Cobot-Hersteller KASSOW Robots des einstigen UR-Mitgründers Kristian Kassow hat in seiner Cobot-Familie inzwischen fünf kollaborative Roboter im Angebot.
  • Für die kostengünstige Automation hat IGUS mit dem Rebel einen Kunststoff-Cobot entwickelt, der unter 10 kg wiegt. Mit gerade mal 8 kg ist er der Leichteste seiner Klasse: Ein echter Leichtbauroboter. Das kompakte, platzsparende Design mit integrierter Steuerung im Fuß öffnet komplett neue Anwendungsfelder.

Nachteile von Cobots – wo werden Industrieroboter bevorzugt?

Trotz ihrer transformativen Wirkung auf die industrielle Automatisierung haben Cobots im Vergleich zu Industrierobotern auch ihre Grenzen. Cobots, für die Zusammenarbeit mit dem Menschen konzipiert, sind möglicherweise nicht völlig autonom und erfordern mehr menschliche Eingriffe bei der Programmierung, Handhabung und Aufgabenüberwachung. Diese Eigenschaft kann dazu führen, dass sie in Produktionsumgebungen mit hohem Mischungsgrad und geringem Volumen (HMLV) weniger effizient sind. Hier erweisen sich herkömmliche Roboter oft als effektiver bei der Bewältigung verschiedener Aufgaben, der Reduzierung von Ausfallzeiten und der Verbesserung der Rückverfolgbarkeit.

Darüber hinaus sind Cobots möglicherweise nicht ideal in Umgebungen, in denen die Anwesenheit von Menschen unerwünscht ist. So zum Beispiel in gefährlichen Umgebungen oder bestimmten pharmazeutischen Anwendungen, in denen eine strenge Kontaminationskontrolle von entscheidender Bedeutung ist. Industrieroboter mit ihrer Fähigkeit zur vollständigen Autonomie und der Abwesenheit von menschlicher Interaktion werden in solchen Szenarien oft bevorzugt. Dies macht deutlich, wie wichtig es ist, die richtige Roboterlösung basierend auf den spezifischen Anforderungen der Aufgabe oder Branche zu wählen.

Roboter bei ESSERT Robotics

ESSERT Robotics (mit Hauptsitz in Deutschland) ist ein Vorreiter in der Bereitstellung von robotergestützten Lösungen und bietet modernste Systeme wie die ADVANCED Robotic Workstation und MicroFactory an. Diese Systeme revolutionieren Branchen wie die pharmazeutische Produktion oder Laborprozesse, da sie eine Integration mit menschlichen Bedienern ermöglichen (ohne dass dies erforderlich ist) und sich an dynamische Produktionsanforderungen anpassen.

Die ADVANCED Robotic Workstation ist eine flexible und skalierbare Roboterlösung, die sich für zahlreiche Aufgaben mit hoher Autonomie eignet. Sie ist cGMP-konform und bereit für den Einsatz in Reinräumen bis ISO-Klasse 5.

Inzwischen bietet die MicroFactory eine modulare Produktionslinie, die auch die Mensch-Roboter-Interaktion ermöglicht. Bestehend aus mehreren Roboter-Arbeitsplätzen können Module individuell angepasst und auch vorvalidiert werden. So kann die Flexibilität der von Robotern angetriebenen pharmazeutischen Prozesse weiter erhöht werden.

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  1. Cobots: Robots for collaboration with people. 2/20https://peshkin.mech.northwestern.edu/cobot/ ↩︎
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