Kollaborative Roboter (Cobots): Entscheiden, ob Cobots für Ihr Unternehmen richtig sind

Kollaborative Roboter sind dafür gebaut, neben Menschen zu arbeiten – Automatisierung und Produktivität steigernd. Erfahren Sie, wie und warum Cobots Ihr Geschäft beeinflussen könnten.

Kollaborative Roboter (Cobots) sind ein relativ neuer RoboterTyp in der industriellen Automatisierung. Dennoch erobern sie die Branche im Sturm. Sie lernen die Grundlagen durch folgende Themen:

• Was ist ein kollaborativer Roboter?
• Welche Branchen nutzen kollaborative Roboter?
• Anwendungen für kollaborative Roboter
• Wann (und wann nicht) mit kollaborativen Robotern automatisieren
• Kostenüberlegungen

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Was ist ein kollaborativer Roboter?

Der kollaborative Roboter wurde um die Jahrtausendwende entwickelt und eingeführt. Sein Zweck: automatisierte Aufgaben im Umfeld menschlicher Bediener ausführen. Das unterscheidet ihn von anderen stationären Industrierobotern – diese sind zur Isolation von Menschen gedacht, erreicht durch physische Barrieren und Sicherheitseinrichtungen. Cobots verfügen über einzigartige Funktionen für die Arbeit neben Menschen:

• Geschwindigkeitsbegrenzungen
• Traglastbegrenzungen
• Krafterkennung

Technisch könnten Cobots jede Roboterform annehmen. Kommerziell verfügbar sind sie jedoch fast ausschließlich als Sechsachsroboter – dieses Design macht sie für breite Anwendungen bereit.

Cobots unterscheiden sich stark von industriellen Sechsachsrobotern: Sie sind für die Arbeit um Menschen konzipiert, nicht für Isolation. Zudem sind sie für Nicht-Experten leichter bedienbar – Neuprogrammierung, Parameteranpassung. Die Entwicklungsumgebung ist typischerweise grafisch und intuitiv – im Gegensatz zur komplexeren Umgebung industrieller Roboter.

Cobots sind leichter als ihre industriellen Pendants. Das ermöglicht Kopplung mit mobilen Robotern für dynamische Umgebungen. Ein Cobot führt z. B. Maschinenbestückung aus, wird dann vom mobilen Roboter in einen anderen Bereich transportiert und übernimmt dort die nächste Aufgabe. Mehr Flexibilität für Ihre Fertigungsumgebung.

Cobots haben strenge Designvorgaben der International Organization for Standardization (ISO) – so ist markenübergreifend ein Basissicherheits- und Kollaborationsniveau gewährleistet.

ISO definiert 4 kollaborative Betriebsarten:

1. Kraft- und Leistungsbegrenzung (Power and Force Limiting)

Diese Methode implementiert Kraftbegrenzung über ein Kraft-Rückmeldesystem. Berührt der Roboter Mensch oder Objekt, stoppt er. Aufgrund der Trägheit müssen Kraft und Geschwindigkeit begrenzt sein, um rechtzeitig zu stoppen. „Kollaborative Geschwindigkeit“ ist definiert als max. 250 mm/s. Hinweis: Das bedeutet nicht null Gefahr. Jede Anwendung ist einzigartig. Eine Risikobewertung muss durchgeführt und angewendet werden für sichere Arbeitsumgebung.

Risikobewertung ist für jeden RoboterTyp in der gesamten Anwendung und bei Neupositionierung/neuer Aufgabe nötig. Kurz: Risiken bewerten und adressieren.

Kraft- und Leistungsbegrenzung ist die häufigste Cobot-Betriebsart. Erlaubt engsten Arbeitsumgriff zwischen Mensch und Roboter. Minimale Produktivitätseinschränkungen. Benötigt keine externe Ausrüstung – das Kraft-Rückmeldesystem ist im Roboter inhärent (Hardware + Software).

2. Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung (Speed and Separation Monitoring)

Diese Methode nutzt Sensorik zur Überwachung des Umfelds – zur Steuerung der Roboterbewegung. Der „erweiterte Arbeitsumgriff“ wird auf Menschen oder Objekte überwacht. Nähert sich Bediener oder Gabelstapler der Arbeitszelle, reagiert der Roboter: verlangsamt, beschränkt Bewegungsbereich oder beides – bis Mensch/Objekt die Stoppzone betritt. Dann stoppt der Roboter vollständig. Nach Beseitigung der Behinderung nimmt er die Bewegung wieder auf. Diese Mensch-Roboter-Kollaboration lässt sich auch mit Industrierobotern umsetzen.

3. Handführung (Hand Guiding)

Handführung ist im Wesentlichen die Fernsteuerung eines Roboters durch einen Bediener mit Steuermodul. Oft bei Hebeanwendungen für schwere/gefährliche Materialien – traditionell übernahm Bediener die Bewegungssteuerung.

Heute genutzt für „Hand Teaching“: Viele moderne Cobots verfügen über diese Funktion. Bediener führt den Roboter per Bedienelementen am Roboter durch Prozessschritte. Ein Industrieroboter bräuchte ein Kraftsensor-Modul für Teach-Fähigkeit.

4. Sicherheitsüberwachter Stopp (Safety Monitored Stop)

Ein häufiger Kollaborationsmodus, auch bei Industrierobotern. Betritt Mensch den Arbeitsbereich, stoppt der Roboter komplett. Lichtvorhänge, Not-Aus, spezielle Zellentürverriegelungen erkennen das Eindringen. Wartungsteams nutzen diesen Modus für Roboterarbeiten.

Viele Cobots nutzen mehrere dieser Methoden – für Flexibilität in dynamischen Umgebungen. Wieder: Jede Anwendung ist einzigartig. Risikobewertung muss für sichere Umgebung sorgen – unabhängig vom RoboterTyp.

Welche Branchen nutzen kollaborative Roboter?

Cobots haben breite Anwendungen in vielen Branchen – dank General-Purpose-Design. Branchen, die häufig Cobot-Technologie nutzen:

• Verpackung
• Pharmazeutik
• Lebensmittel und Getränke
• Elektronik
• Logistik
• Metallverarbeitung
• Kunststoffe
• Automobil
• Luft- und Raumfahrt

Cobots finden sich in fast jeder großen Branche. Ihr Design ermöglicht vielfältige Anwendungen. Bereit, Lösungen für Ihre Anwendung/Branche zu suchen? HowToRobot besuchen – Angebote von verschiedenen Lieferanten erhalten, Zeit und Aufwand sparen.

Anwendungen für kollaborative Roboter

Sie wissen, Cobots sind in vielen Branchen verbreitet. Welche Aufgaben übernehmen sie? Beispiele:

• Pick-and-Place-Aufgaben
• Montage und Demontage
• Materialhandling
• Schweißen
• PCB-Löten
• Inspektion
• Dosieren
• Maschinenbestückung (Machine Tending)

Breites Aufgabenspektrum – ein Vorteil von Cobots. Vielseitige Technologie, einsetzbar und wiedereinsetzbar für viele Aufgaben in einer Anlage.

Cobots haben Stärken für viele Anwendungen: Interne Systeme für Menschennähe. Sechsachsdesign teilen sie mit industriellen Sechsachsern – guter Kompromiss aus Geschwindigkeit, Reichweite, Traglast. Die Bewegungsfreiheit des Sechsachsdesigns bringt Vorteile: hervorragender Bewegungsumfang limitiert keine speziellen Anwendungen. Sie sind „lehrbar“: Bediener kann Roboter per Handführung durch Aufgabe lehren – danach wiederholt der Roboter sie. Ändert sich die Aufgabe, kann er neu angelernt und umgesetzt werden.

Natürlich passen Cobots nicht für jede Anwendung. Der Hauptlimitierungsfaktor: Die Merkmale, die Menschennähe ermöglichen, begrenzen auch die Aufgabenerfüllung. Beispiel: Aufgabe erfordert hohe Geschwindigkeit und hohe Traglast – z. B. Hochvolumen-Automobilmontage. Cobot wäre suboptimal: kleinere Traglast limitiert Lastbewegung – Roboter faultet, Arbeitsablauf stoppt. Benötigte Geschwindigkeit für maximalen Durchsatz mit Cobot oft nicht erreichbar. Hier wäre traditioneller industrieller Sechsachser besser. Wann also mit Cobot automatisieren?

Wann (und wann nicht) mit kollaborativen Robotern automatisieren

Sie kennen Cobot-Anwendungen und -Vorteile. Wie erkennen Sie, ob Ihre Anwendung für Cobot-Automatisierung geeignet ist? Gute Projektkandidaten weisen folgende Merkmale auf:

• Techniker haben wenig Robotererfahrung
• Qualitätskontrolle ist entscheidend
• Aufgabe könnte sich zukünftig ändern
• Aufgabe erfordert Zusammenarbeit mit menschlichen Arbeitern
• Aufgabe ist nicht hochgeschwindigkeits- und nicht hochkraftlastig

Techniker haben wenig Robotererfahrung

Roboter sind komplexe Geräte – erfahrene Techniker für Betrieb und Wartung nötig. Großer Teil der Expertise liegt in Neuprogrammierung. Cobots lassen sich einfach und intuitiv steuern. Programmierschnittstelle ist für Laien einladender. Weniger erfahrene Bediener/Techniker können Betrieb und Neuprogrammierung übernehmen. Obwohl Einstieg leicht zugänglich, können diese Technologien auf Komplexität und Effizienz industrieller Pendants hochskaliert werden. Ihr Team sollte trotzdem Experten konsultieren, um Programmierkompetenzen zu entwickeln und vollständigere Roboterzellen einzusetzen.

Qualitätskontrolle ist entscheidend

Wie viele RoboterTypen sind Cobots wiederholgenau und präzise – besonders im Vergleich zu Menschen. Deshalb sind hochpräzise Anwendungen gute Cobot-Kandidaten. Qualitätsfehler führen zu funktionsunfähigen oder inakzeptablen Produkten – weniger effiziente Prozesse, Umsatzverlust. Robotik reduziert diese Probleme generell durch präzise, programmierbare Natur. Cobots werden häufig in solchen Anwendungen eingesetzt.

Die Aufgabe könnte sich zukünftig ändern

Cobots haben die einzigartige Fähigkeit, leicht „angelernt“ zu werden. Unerfahrene Techniker finden Hand-Teaching hilfreich beim Start. Der wahre Wert der Cobot-Umwidmung liegt in der Programmierschnittstelle: Grafische Programmierung macht es Neu- und Ungelernten leicht verständlich. Ändert sich Aufgabe leicht, lässt sich das Cobot-Programm schnell und einfach anpassen. Das reduziert Integrator-Rufe für Neuprogrammierung drastisch – Kostensenkung, mehr Umsatz, schnellerer ROI.

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Die Aufgabe erfordert Zusammenarbeit mit menschlichen Arbeitern

Das definierende Merkmal von Cobots: Fähigkeit zur Zusammenarbeit mit Menschen. Bestimmte Aufgaben lassen sich optimieren durch Kombination von Automatisierung und Handarbeit. Roboter gut bei einfachen, monotonen Aufgaben. Menschen glänzen bei komplexer Entscheidungsfindung. Kombination nutzt Stärken beider – Leistung übertrifft, was jeder allein erreichen könnte. Diese Optimierung maximiert Produktionspotenzial – mehr Effizienz, mehr Umsatz, höherer ROI.

Die Aufgabe ist nicht hochgeschwindigkeits- und nicht hochkraftlastig

Hauptlimitierungen von Cobots: Kraft- und Geschwindigkeitsspezifikationen – designbedingt durch menschenzentrierten Ansatz. Hochgeschwindigkeitsmechanik-Aufgaben sind schlechte Cobot-Kandidaten: z. B. Hochvolumen-Pick-and-Place oder Montage. Cobot-Einsatz hier lässt Effizienzgewinne ungenutzt. Traglastlimitierungen behindern Cobots bei schweren Aufgaben – z. B. großes Materialhandling. Traditionelle Industrieroboter sind hier besser.

Cobot-Anwendungen liegen typischerweise in menschlicher Kraft- und Geschwindigkeitskapazität. Aber Cobots bieten höhere Verfügbarkeit als Menschen: keine Pausen, Schichtwechsel, Krankheitstage. Mehr Konsistenz – keine Ermüdung, keine Verletzungen durch Lastbewegung bei Geschwindigkeit. Erhöhtes Effizienz- und Durchsatzpotenzial gegenüber reinen menschlichen Bedienern.

Die Realität über Cobots

Cobots verändern die Robotikbranche und werden möglicherweise noch missverstanden. Leistungslimitierungen und höherer Preis können Zweifel an Markttauglichkeit wecken. Aus wachsender Präsenz der letzten Jahre: „Benutzerfreundlichkeit“ ist Haupttreiber für Wachstum und Zugänglichkeit für KMU. Sie öffneten neuen Markt für Robotik – den ohne Ressourcen für komplexe Automatisierung. Zwar ist „echte“ Mensch-Roboter-Kollaboration heute noch selten, doch Cobots eröffneten neue Möglichkeiten: leichter erlernbare, nutzbare Roboter und zukünftig echte Mensch-Roboter-Kollaboration. Die Zukunft muss noch geschrieben werden.

Kostenüberlegungen

Gerätekosten sind Hauptfaktor der ROI-Berechnung. Überraschend: Cobots sind oft teurer als vergleichbare Industrieroboterarme. Aber Industrieroboter tragen schwerere Sekundärkosten – oft unnötig für kollaborative Anwendungen. Beispiel: Industrieroboter benötigen immer zusätzliche Sicherheitsausrüstung:

• Lichtvorhänge
• Sicherheitsscanner
• Zäune
• Schutzschilde
• Not-Aus-Taster

Zudem: Nicht-kollaborative Industrieroboter sind schwieriger zu integrieren – komplexere Programmierumgebung. Erfahrene Techniker/Programmierer für Installation und Setup nötig. Wartungskosten höher. Nach Integration sind Industrieroboter oft teurer als Cobots – selbst wenn der Cobot allein anfangs teurer ist. Ein realistischer Kostenrahmen für einen durchschnittlichen Cobot in Standardanwendung: ca. 35.000–60.000 USD.

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