Rundtischgespräch für Führungskräfte:Robotikdesign

Mit zunehmender Automatisierung von Fertigungsanlagen spielen Roboter eine immer größere Rolle. Und während kollaborative Roboter und andere Robotersysteme menschliche Arbeiter unterstützen können, sind noch viele Fragen zu Kosten, Sicherheit und anderen Faktoren zu beantworten. Bewegungsdesign stellte einige dieser Fragen einem Gremium aus führenden Vertretern der Robotikbranche.

Unser Executive Panel besteht aus Dr. Frank Melzer, Chief Technology Officer der Festo SE; Scott Summerville, Präsident und CEO von Mitsubishi Electric Automation; Mark Sadie, Vizepräsident für Marketing bei Omron Automation Americas; Enrico Krog Iversen, CEO von OnRobot; und Jim Lawton, Vizepräsident für Produktmanagement und Marketing bei Universal Robots.

Bewegungsdesign: Kollaborative Roboter wurden ursprünglich entwickelt, um Arbeitern bei Montageaufgaben zu helfen; heute haben sie viel mehr Anwendungen. Während viele Cobots als wohlwollende Helfer des Menschen betrachten, bergen sie inhärente Gefahren. Wie wurden Cobots verbessert und welche Aspekte von ihnen behindern immer noch ihr volles Potenzial?

Dr. Frank Melzer: Kollaborative Roboter wurden ursprünglich entwickelt, um Arbeitern bei Montageaufgaben zu helfen; heute haben sie viel mehr Anwendungen. Funktionen wie sicher begrenzte Geschwindigkeit, Kraftbegrenzung und die Möglichkeit, sichere Arbeitsbereiche zu definieren, sind heute in fast jedem Cobot enthalten. ISO/TS 15066 und die Notwendigkeit, jede einzelne Anwendung nach Sicherheitsaspekten zu spezifizieren, sind bisher die limitierenden Faktoren in Bezug auf Hindernisse für eine breitere Einführung von Cobots.

Jim Lawton: Cobots sind nicht nur für Montageaufgaben da und haben sich in den unterschiedlichsten Anwendungen bewährt. Herkömmliche Roboter haben einen großen Fußabdruck. Im Gegensatz dazu sind Cobots kostengünstig, einfach einzusetzen, haben einen geringen Platzbedarf und können in unmittelbarer Nähe menschlicher Arbeiter sicher betrieben werden. Die Eigensicherheit einer Maschine bedeutet, dass in allen Situationen keine Verletzungsgefahr besteht. Dies ist nicht vorhanden. Sogar ein winziger Roboter mit einer sehr geringen Nutzlast könnte eine Injektionsnadel mit einem tödlichen Gift oder Virus halten, wodurch das Risiko einer Verletzung einer Person aufgrund der Anwendung, nicht aber des Roboters, besteht. Nur der Einsatz eines Cobots kann als sicher beurteilt werden oder nicht.

Enrico Krog Iversen: Kollaborative Roboter haben sich mit einer phänomenalen Geschwindigkeit verbessert, die Nutzlasten sind gestiegen, die Wiederholbarkeit hat sich verbessert und ein riesiges Ökosystem von Drittentwicklern von Komponenten und Tools für Cobots ist entstanden. All diese Verbesserungen, einschließlich der Fähigkeit, größere Nutzlasten zu handhaben, wurden erreicht, ohne die Sicherheitsmerkmale zu opfern, die es ermöglichen, Cobots in unmittelbarer Nähe menschlicher Arbeiter einzusetzen.

Scott Summerville: Wie alle Roboter wurden Cobots seit ihrer Einführung verbessert und verfeinert. Hindernisse für die Einführung von Cobots können ihre Betriebsgeschwindigkeit und Wiederholbarkeit sein. Cobots müssen sich in unmittelbarer Nähe von Menschen mit reduzierter Geschwindigkeit bewegen, und die Wiederholbarkeit vieler Cobots ist tendenziell geringer als die von Standard-Industrierobotern, was auch ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkt. Systeme mit Cobots werden häufig von unerfahrenen Roboteranwendern entworfen. Viele der erfolglosen Cobot-Installationen sind nicht auf die Einschränkungen des Cobots zurückzuführen, sondern auf die Unerfahrenheit des Systemarchitekten.

Mark Sadie: Kollaborative Roboter bieten derzeit Sicherheit in Bezug auf die Kraft und Geschwindigkeit des Roboterarms selbst und ermöglichen es Menschen, in Harmonie mit Maschinen in unmittelbarer Nähe zu arbeiten. Cobots haben Möglichkeiten, die Sicherheit zu verstehen, die für die Aufgabe, die der Arm ausführt, und die von ihm verwendeten Werkzeuge erforderlich sind. Zu den verbesserungswürdigen Bereichen gehören sicherheitsbewertete End-of-Arm-Werkzeuge wie Greifer.

Bewegungsdesign: Wie hat sich das Industrial Internet of Things (IIoT) darauf ausgewirkt, wie „intelligent“ Roboter sein können und wie sich Roboter untereinander und mit ihren Bedienern verbinden?

Summerville: Roboter konnten schon immer miteinander, mit Bedienern und externen Geräten kommunizieren, daher ist diese Konnektivität nichts Neues. Das IIoT ermöglicht eine schnellere und einfachere Einrichtung dieser Kommunikation; Die meisten Hersteller möchten jedoch nicht, dass ihre Daten über das Internet übermittelt werden. Wenn es bei der Definition von IIoT mehr um Daten geht, werden Host-Systeme innerhalb der Fabrik jetzt so programmiert, dass sie diese Daten verwenden, um sinnvolle Entscheidungen zu treffen und Bediener vor potenziellen Problemen zu warnen, bevor die Produktion beeinträchtigt wird. Dieser Bedarf hat es Roboterherstellern ermöglicht, die Kosten zu rechtfertigen, die mit der Entwicklung zusätzlicher Datenanalysen für Anwendungen wie die vorbeugende Wartung verbunden sind.

Sadie: Das IIoT hat es Robotern ermöglicht, einen primären Wert, den sie bringen, in der flexiblen Automatisierung zu erweitern. Intelligente Roboter können in Fabrikhallensysteme und Unternehmens-IT-Systeme sowie Automatisierungsauftragsänderungen, Produktänderungen, Werkzeugänderungen und Produktkonfigurationen integriert werden. Integriertes Robotersehen hat diese Fähigkeit auch erweitert, indem es den Roboter intelligenter gemacht hat, um die genaue Position von Maschinen, Werkzeugen und Teilen beizubehalten, wenn diese sich von Job zu Job bewegen können.

Melzer: Vernetzte Roboter sind vielleicht die relevanteste Entwicklung zur Überwindung der Einschränkungen, die durch die Spezifikationen in ISO/TS 15066 auferlegt werden. Vernetzte Wearables können beispielsweise beim Informationsaustausch zwischen Cobots und Bedienern helfen; Wearables können die Absicht für die nächste Bedienerbewegung bequemer und vielleicht genauso genau oder genauer erkennen als externe Laserscanner oder Kamerasysteme.

Lawton: Das IIoT bringt eine beispiellose Granularität in Automatisierungsbereitstellungen und ermöglicht es Benutzern, detaillierte Einblicke in die Leistung ihrer Roboter zu erhalten. Edge-Geräte zur Fernüberwachung ermöglichen es Ihnen beispielsweise, Ihre Cobots aus der Ferne zu überwachen und zu programmieren, was angesichts des Aufkommens von COVID-19 und der darauf folgenden Flut von Heimarbeitsrichtlinien, Vorschriften zur sozialen Distanzierung und Abwesenheitsproblemen besonders wertvoll ist.

Bewegungsdesign: Haben die Kosten einen Punkt erreicht, an dem die Robotik von mehr kleinen und mittleren Herstellern eingesetzt werden kann?

Melzer: Die traditionelle Robotik wurde hauptsächlich von der Automobilindustrie unterstützt, daher wurde die Leistung dieser Geräte an die Bedürfnisse der Transporthersteller angepasst. Konstrukteure stellten sich kleinere und leichtere Roboter vor und erkannten, dass Cobots für Millionen von Montageaufgaben eingesetzt werden könnten, die jetzt von Menschen ausgeführt werden. Der Verkauf von Cobots für die Montage senkte die Kosten dieser Roboter auf ein Niveau, auf dem kleine und mittlere Hersteller begannen, sie einzusetzen. Neben der Kostensenkung treibt die Benutzerfreundlichkeit die Einführung von Cobots für kleine und mittlere Unternehmen voran.

Sadie: Die Kosten haben absolut einen Punkt erreicht, an dem kleine und mittlere Unternehmen investieren können und sollten. In der Vergangenheit konnte die typische Hochgeschwindigkeits-Robotik-Automatisierungszelle leicht in den sechsstelligen Bereich und mehr kosten. Gegenwärtig kosten kollaborative Roboterautomatisierungszellen in der Regel wesentlich weniger und bieten dem Benutzer eine hervorragende Kapitalrendite. Kollaborative mobile Roboter können je nach Bedarf innerhalb der Fabrik zu verschiedenen Anwendungen und Aufgaben verschoben werden, was ihren Wert in der flexiblen Fertigung erhöht.

Summerville: Ja, die Kosten für den Kauf eines Roboters sind gesunken, da die Fähigkeiten der Roboter und das Stückvolumen zugenommen haben. Dies hat sich positiv auf die ROI-Berechnungen ausgewirkt. Roboter sind auch langlebiger als je zuvor, was sich positiv auf den ROI auswirkt. Cobots verfügen in der Regel über symbolgesteuerte Programmierumgebungen, die für neue Benutzer sehr einfach zu verstehen sind, was zu kürzeren Bauzeiten und einer schnelleren Neuprogrammierung führt, falls der Cobot in einen anderen Bereich des Fertigungsprozesses verlegt wird. Außerdem ist bei Cobots weniger Sicherheitsausrüstung erforderlich, was die Kosten und die Komplexität der Arbeitszelle senkt (z. B. Zäune, Lichtvorhänge und ähnliche Geräte).

Lawton: Kollaborative Roboter bieten nicht nur niedrige Einstiegskosten, sondern sind auch von Personen mit wenig oder keiner Vorerfahrung in der Robotik einfach zu programmieren. Dadurch werden die Kosten für die Einführung von Cobots weiter reduziert, da Sie nicht jedes Mal Roboterexperten hinzuziehen müssen, wenn Sie Ihren Cobot neu programmieren müssen.

Iversen: Noch nie war es für kleine und mittelständische Hersteller einfacher, die Automatisierung schnell und kostengünstig einzuführen. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht der International Federation of Robotics ergab, dass Cobot-Installationen im Jahr 2019 um 11 % gewachsen sind. Wir glauben, dass niedrige Einstiegskosten und Benutzerfreundlichkeit zwei Faktoren sind, die dieses beeindruckende Wachstum vorantreiben.

Bewegungsdesign: Es gab eine Reihe von Fortschritten bei Endeffektoren, die Robotern mehr Geschicklichkeit und Flexibilität verleihen; Viele Greif- und Greifwerkzeuge sind jedoch immer noch nicht universell anschließbar. Was muss getan werden, um sicherzustellen, dass jeder Endeffektor mit jedem Roboter verbunden werden kann?

Iversen: Sicherzustellen, dass „jeder Endeffektor mit jedem Roboter verbunden werden kann“, ist eine große Herausforderung, insbesondere wenn man bedenkt, dass jedes Jahr neue Roboter und Endeffektoren auf den Markt kommen, von denen einige unweigerlich in proprietäre Software, Hardware und Kommunikation eingebunden sein werden Schnittstellen.

Sadie: Genau wie bei anderen Automatisierungsprodukten muss die Endeffektor-Technologie weiterentwickelt werden, um Automatisierungsnetzwerke zu unterstützen und eine Datei bereitzustellen, die für universelle Schnittstellensteuerungen in die Robotersteuerung hochgeladen werden kann. Heutzutage verfügen viele Endeffektorprodukte über Kundentreiber und Softwareintegration in bestimmte Roboter. Diese haben besondere Vorteile, die wir im Streben nach universeller Konnektivität nicht missen möchten.

Melzer: Der weitere Erfolg von Cobots hängt vor allem von der Flexibilität der End-of-Arm-Tools (EOATs) ab; Dies muss eine Priorität nationaler und internationaler Normungsgremien sein. Keine Frage:Der Weg zu einer standardisierten EOAT-Schnittstelle ist verlockend. Doch eine universelle Schnittstelle muss mehr als ein paar Greiffunktionen beherbergen. Es ist diese Komplexität, die die Standardisierung zu einem ehrgeizigen und schwer zu erreichenden Ziel macht.

Summerville: Das Fehlen gemeinsamer mechanischer und Steuerungsschnittstellen hat die Implementierung von Robotern immer zurückgehalten und die Kosten von Gesamtlösungen erhöht. Ich sehe nicht, dass sich Roboterhersteller in absehbarer Zeit auf einen gemeinsamen Satz von Schnittstellen einigen werden; Roboterhersteller sind jedoch offensichtlich daran interessiert, dass möglichst viele Hersteller mechanischer Schnittstellen Produkte an ihre Roboter anpassen. Dies wird wahrscheinlich der Weg für die absehbare Zukunft sein, wenn es um Kompatibilität geht.

Lawton: Aufgrund der enormen Vielfalt an Robotern, Endeffektoren und den unterschiedlichen Hardware- und Softwareschnittstellen, die von verschiedenen Marken verwendet werden, ist es unwahrscheinlich, dass wir jemals eine Situation haben werden, in der „jeder Endeffektor mit jedem Roboter verbunden werden kann“, zumindest kurzfristig .

Bewegungsdesign: Mit COVID-19 sind autonome mobile Roboter (AMRs) in Krankenhäusern und für die Lieferung von Lebensmitteln nützlich geworden und bieten eine Möglichkeit, Gegenstände auf sozial distanzierte Weise zu transportieren. Welche weiteren Anwendungen sehen Sie für mobile Roboter in naher Zukunft?

Sadie: Es ist spannend, die kreativen Lösungen zu sehen, die eine Post-COVID-Umgebung erfordert. Die Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen sind endlos und die Kombination der autonomen mobilen Technologie mit kollaborativen Robotern erhöht das Potenzial auf vielen Marktplätzen weiter, darunter Fertigung, Sicherheit, Gastgewerbe, Logistik und kommerzielle Anwendungen.

Summerville: Da die Fähigkeiten von AMRs gestiegen sind, werden Systeme, die Roboter und AMRs integrieren, langsam kostengünstiger und einfacher zu implementieren. Auch der Einsatz feststehender Roboter hat aufgrund der Pandemie zugenommen, insbesondere bei sozial distanzierten Arbeitern, Monteuren, Verpackern und Inspektoren in Produktionsstätten, insbesondere in der Lebensmittelindustrie sowie in der Elektronik, bei medizinischen Geräten und in der allgemeinen Fertigung.

Melzer: Die Servicerobotik ist definitiv ein Bereich, in dem die Erfahrungen der Pandemie das Bewusstsein dafür geweckt haben, dass neue Cobot-Fähigkeiten benötigt werden und von einer Reihe von Anwendungen begrüßt werden. Körperpflege, Intralogistik und Lagerhaltung zeichnen sich durch ihren Bedarf an AMRs aus.

Lawton: COVID-19 hat ein starkes Interesse an der Automatisierung im Allgemeinen geweckt, aber dies gilt insbesondere für kollaborative Roboter und mobile Roboterplattformen. Wenn diese Plattformen zu einem mobilen Cobot kombiniert werden, steigen die Anwendungsmöglichkeiten beider Technologien exponentiell. Wir haben gesehen, wie mobile Cobots für Desinfektionsanwendungen in Krankenhäusern und sogar für COVID-19-Testanwendungen eingesetzt wurden.

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