Kollaborative Roboter (Cobots) erklärt: CNC-Bearbeitung & Fertigungseffizienz steigern

Was genau sind Cobots und was können sie für CNC-Bearbeitung und andere Fertigung leisten? Unser Leitfaden beantwortet all Ihre Fragen.

Ursprung der Cobots

Roboter haben ihren Ursprung in den 1950er-Jahren, als George Devol den ersten bekannten „Industrieroboter“ Unimate patentierte, der Automatisierung in Fabriken einführte. In den 1960er-Jahren setzte General Motors Roboter zum Schweißen ein, bald zogen andere Großhersteller nach.

Diese Roboter waren leistungsstark und schnell, aber auch massiv, teuer und unsicher im Umgang mit Menschen. Sie agierten in Käfigen, hinter Zäunen oder in separaten Räumen. Es handelte sich um „feste“ Automatisierung – für eine einzelne Aufgabe konzipiert und gebaut. Entfiel die Aufgabe durch Produktions- oder Prozessänderungen, wurde der Roboter obsolet.

Ende der 1990er-Jahre entwickelten J. Edward Colgate und Michael Peshkin die ersten echten kollaborativen Roboter (Cobots). Diese waren darauf ausgelegt, sicher zu sein, eng mit Menschen zusammenzuarbeiten und repetitive Aufgaben zu übernehmen, die Menschen die Arbeit erleichtern.

Heute gewinnen Cobots in Fertigung und anderen Branchen an Beliebtheit – zum Verpacken, Maschinenbestücken, Produktauffüllen oder in Montagelinien. Durch die Zusammenarbeit mit Menschen bieten Cobots sichere Kollaboration sowie verbesserte Produktqualität durch Konsistenz und Präzision. In diesem Blog betrachten wir die vielen Vorteile von Cobots und was sie von traditionellen Industrierobotern unterscheidet.

Unterschied zwischen Robotern und kollaborativen Robotern

Es gibt mehrere Unterschiede zwischen traditionellen Robotern und kollaborativen Robotern (Cobots). Cobots sind kleiner, erschwinglicher und einfacher zu bedienen. Der Hauptunterschied: Kollaborative Roboter sind dafür designed, Arbeitsbereiche sicher mit Menschen zu teilen, ohne Käfige oder Zäune zu benötigen. Sie verfügen über Sicherheitsfunktionen, die sie weit weniger gefährlich machen als traditionelle Roboter.

Cobots sind auch generell einfacher zu programmieren als traditionelle Roboter. Doch die Benutzerfreundlichkeit variiert. Die neueste Cobot-Generation – wie Productive Robotics' OB7 – benötigt gar keine Programmierung. Sie lernen ihre Aufgaben durch physisches Leiten: Indem man sie durch die Bewegungen führt, statt traditionellen Roboter-Code zu schreiben.

Ein weiterer Schlüsselunterschied: Cobots bieten Flexibilität und Agilität. Statt für eine einzelne Aufgabe oder Anwendung designed, gebaut und programmiert zu sein, können Cobots eine Vielzahl von Aufgaben ausführen und auf mehrere Arbeitsstationen umgesetzt werden. Beispiel: Ein Cobot kann morgens Produkte montieren und abends dieselben verpacken. Ebenso kann ein Cobot mehrere Maschinen bestücken und einfach zwischen ihnen wechseln.

Cobots sind für menschliche Interaktion ausgelegt

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Cobots haben eingebaute Sicherheitsfunktionen, die sie befähigen, sicher neben Menschen zu arbeiten – ohne Käfige oder Zäune. Das bedeutet: Ein Cobot kann stoppen oder verlangsamen, wenn eine Person ihn berührt oder seinen Arbeitsbereich betritt. Es gibt vier verschiedene kollaborative Roboter-Modi für menschliche Interaktion:

1. Sicherheitsüberwachter Stopp (Safety-rated monitored stop)
2. Handführung (Hand guiding)
3. Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung (Speed and separation monitoring)
4. Kraft- und Leistungsbegrenzung (Power and force limiting)

Weitere Merkmale für enge menschliche Interaktion:

• Kompakte Größe/kleiner Fußabdruck (plus Möglichkeit zur Decken-, Tisch- oder Wagenmontage)
• Leichte Roboterarme mit abgerundeten Kanten zur Minimierung der Verletzungskraft
• Sensoren zum automatischen Stoppen oder Verlangsamen der Bewegung
• Handähnliche Greifer und andere geschickte Optionen für viele Anwendungen

Wichtig: Allein die Cobot-Sicherheitsfunktionen machen einen Cobot nicht sicher. Es ist immer notwendig, eine ordnungsgemäße Risikobewertung durchzuführen, um die Sicherheit der Anwendung und der beteiligten Personen zu bestimmen.

Auswirkungen auf Mitarbeiter und Aufgabenbereiche

Indem sie Arbeitsbereiche mit Menschen teilen, arbeiten Cobots neben Arbeitern und entlasten sie von repetitiver, redundanter Arbeit. Cobots übernehmen langweilige, schmutzige und gefährliche Aufgaben und ermöglichen es Arbeitern, sich auf höherqualifizierte, wertschöpfendere Aufgaben zu konzentrieren.

Beispiel: Ein Cobot bestückt eine CNC-Maschine, indem er den repetitiven Prozess des Be- und Entladens übernimmt, während sich der Bediener auf Qualitätsinspektion und Einrichtung neuer Aufträge fokussiert. Das steigert nicht nur den Durchsatz, indem Maschinen konsistent laufen, sondern macht die Arbeit interessanter, anspruchsvoller und erfüllender – und kann sogar zu neuen Verantwortlichkeiten führen.

Arbeits- und Aufgabenflexibilität mit Cobots

Cobot-Arme sind mit mehreren Freiheitsgraden gebaut. Die meisten Cobots haben sechs Freiheitsgrade, aber OB7 von Productive Robotics hat sieben, was mehr Flexibilität und Geschicklichkeit bietet, um um Hindernisse zu erreichen und in engere Räume zu passen. Cobots bieten die Flexibilität, zwischen Maschinen zu wechseln und einfach von einem Job zum anderen zu changieren. Sie können mit vielen Greiferoptionen ausgestattet werden, um dexter mit verschiedensten Materialien zu arbeiten, ohne Schäden zu verursachen. Diese Flexibilität kombiniert mit einfacher Bedienung ermöglicht eine leichte Implementierung und das Lehren einer Aufgabe in Minuten.

Sehen Sie, wie Sie einen Cobot einrichten und ihm CNC-Maschinenbestückung beibringen:

Arbeit durch Robotik weiterentwickeln

Der Fachkräftemangel in der Fertigung erschwert die Suche nach qualifizierten Arbeitern. Mit vielen unbesetzten Fertigungsjobs füllen Cobots die Lücke, indem sie Jobs automatisieren, die monoton, langweilig oder unattraktiv sind. Cobots verschaffen Herstellern einen Wettbewerbsvorteil durch Kosteneffizienz, Benutzerfreundlichkeit und einfache Implementierung.

Da Cobots keine Pausen brauchen, nicht krank werden und nicht in Urlaub gehen, laufen sie unbeaufsichtigt für ganze Schichten weiter und arbeiten nach Feierabend aller weiter. Das eröffnet die Möglichkeit für „Lights-out“-Fertigung in Nebenzeiten und die Fähigkeit, noch mehr Arbeit anzunehmen. Stellen Sie sich vor: Ihre Bediener fokussieren sich auf innovative oder komplexe Aufgaben, während Cobots die redundanten Arbeiten mit minimaler Überwachung erledigen!

Wofür werden kollaborative Roboter eingesetzt?

Dank ihrer Vielseitigkeit, kleinem Fußabdruck und einfacher Bedienung können Cobots Tausende verschiedener industrieller Aufgaben automatisieren – von Verpackung und Montage bis hin zu Maschinenbestückung und Qualitätsinspektion. Häufige Cobot-Aufgaben umfassen:

Montage	Laserschneiden	Schrauben
Beuteln	Maschinenbestückung	Versiegeln
Entgraten	Materialhandling	Sortieren
Dosieren	Verpacken	Spritzen
Fertigstellen	Lackieren	Schweißen
Kleben	Palettieren	Arbeitsassistenz
Inspektion	Pick & Place
Labortests	Qualitätsinspektion

Die Identifikation von Cobot-Anwendungen ist für jedes Unternehmen anders. Da Roboter Aufgaben nicht wie Menschen ausführen, hilft es, bestehende Prozesse in kurze, wiederholbare Schritte zu zerlegen, die ein Roboter bewältigen kann. Eine gute Faustregel: Mit einer einfachen Aufgabe beginnen und dann zu komplexeren Anwendungen expandieren. Prozesse, die für Cobots geeignet sind, zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

• Repetitive Bewegungen
• Erfordern sehr wenig oder keine Qualifikation
• Sind fehleranfällig oder durch Ermüdung ablenkbar
• Tragen zu Maschinenleerlaufzeiten bei
• Erfordern hohe Präzision

Cobot-Typen

Es gibt viele verschiedene kollaborative Roboter am Markt, jeder mit ähnlichen Vorteilen und eigenen Spezialitäten. Die Wahl des richtigen Cobots für Ihre Anwendung hängt von mehreren Faktoren ab, die spezifisch für Ihr Unternehmen und die konkrete Anwendung sind. Typischerweise lassen sich Cobots durch folgende Kriterien differenzieren:

• Traglast (Payload). Wie viel Gewicht sie heben und bewegen können, einschließlich Werkzeug.
• Reichweite (Reach capacity). Wie weit der Arm ausfahren und stabil bleiben kann.
• Bewegungsachsen (Axis of movement). Die Anzahl der Linien/Ebenen, um die ein Gelenk rotiert.
• Lehrbarkeit (Teachability). Wie sie für die Arbeit eingerichtet werden (lehrbar vs. Programmierkenntnisse nötig).
• End-of-Arm-Tooling. Wie Mehrfinger-Greifer, Zangen, Vakuumsaugnäpfe.
• Integrierte Sicherheitsfunktionen. Wie Sensoren, Kameras, variable Geschwindigkeitseinstellungen.

Häufige Cobot-Anwendungen

Die oben genannten Merkmale führen zu vielen spezifischen industriellen Anwendungen, wie:

• CNC-Bearbeitung

Cobots werden weit verbreitet in der CNC-Maschinenbestückung eingesetzt. Ein Cobot be- und entlädt eine Maschine wie ein menschlicher Bediener – aber ohne Pausen. Ein Cobot von Productive Robotics ist in wenigen Stunden eingerichtet und lässt sich einfach mit jeder Maschinenart verbinden. Cobots halten CNC-Maschinen 24/7 im „Lights-out“-Betrieb am Laufen, eliminieren Leerlaufzeiten der Spindel und steigern den Durchsatz.

• Fertigung

Möglichkeiten zur Verbesserung von Fertigungsabläufen und Produktivität durch Cobot-Integration sind nahezu endlos. Ein Cobot übernimmt viele Aufgaben, die Qualität steigern und Effizienz erhöhen, wie:

• Teile in einen Härteofen oder eine Blechumformmaschine einlegen
• Löcher bohren, Gewinde schneiden, Schrauben eindrehen
• Nachbearbeitung wie Schleifen, Polieren, Entgraten
• Laser- oder Plasmaschneiden
• Schweißen
• Nach-CNC-Qualitätsinspektion (mit 3D-Kamera oder Sensor)

• Logistik

Vom Hersteller, der Fertigteile versendet, bis zu Organisationen, die ausschließlich in Lagerhaltung und Logistik tätig sind – Cobots eignen sich für Aufgaben wie Verpacken (Kisten befüllen, Palettieren), Heben, Stapeln, Pick-and-Place und Sortieren.

Branchen, die von Cobots profitieren

Unternehmen aller Größen und Branchen profitieren von Cobots. Bearbeitungs-/Fertigungsprozesse, die konsistente, wiederholbare Schritte erfordern, sind ideale Kandidaten für Cobot-Automatisierung. Da Cobots konsistent, ununterbrochen arbeiten, erledigen sie Aufgaben jedes Mal gleich. Das führt zu weniger menschlichen Fehlern, verbesserter Qualität/Sicherheit und höherer Mitarbeiterzufriedenheit. OEMs und Zulieferer erreichen auch niedrigere Ausschuss- und Nacharbeitsraten.

• CNC-Bearbeitung und Präzisionsfertigung

In CNC-Bearbeitungsanwendungen übernehmen Cobots den Be- und Entladeprozess, einschließlich:

• Maschinenschutztür öffnen und schließen
• Startknopf drücken
• Rohlinge oder Teile be- und entladen
• Material für Bearbeitung und Inspektion bereitstellen
• Relevante Daten aufzeichnen

In CNC-Maschinenbetrieb ist die Steigerung des Durchsatzes der Schlüssel. Während ein Bediener selten genau dann präsent ist, um das Teil zu wechseln, wenn der Zyklus endet, hält ein Cobot Maschinen konsistent am Laufen und eliminiert Maschinenleerlauf. Cobots eignen sich auch gut für kurze Bearbeitungszyklen, indem sie kontinuierlich an Jobs arbeiten, den Bediener von dieser Aufgabe entlasten und ihm ermöglichen, sich auf andere Aufgaben zu konzentrieren.

Die Anzahl der Bewegungsachsen bestimmt auch die Flexibilität, die ein Cobot hat, um runde Objekte zu erreichen, aufzunehmen und zu drehen, Knöpfe zu greifen und zu drehen, Tasten zu drücken u. v. m. Productive Robotics' OB7-Cobot hat sieben Gelenke – ein Vorteil für CNC-Maschinenbestückung. Durch die 7. Achse kann der Cobot seitlich der Maschinentür platziert werden und in die Maschine hineingreifen, um das Teil zu laden, ohne den Zugang für den Maschinenbediener zu blockieren.

• Metallverarbeitung

Cobots können mit Greifern oder Vakuumsaugnäpfen ausgestattet werden, um Rohlinge oder Bleche für viele Fertigungsoperationen aufzunehmen, zu bewegen und zu laden – einschließlich Stanzen, Laserschneiden, Punching, Scheren, Biegen, Falten und Gießen. Sie können auch bei Sekundäroperationen für Finish oder Wärmebehandlung assistieren.

• Luft- und Raumfahrt sowie Automobil

OEMs und Zulieferer fordern konsistente Teilequalität, die Spezifikationen entspricht. In diesen Fertigungsumgebungen können Cobots Komponenten bearbeiten, Bohrungen und Schrauben an Paneelen setzen und Rohmaterial für das Stanzen kleiner und miniaturisierter Komponenten zuführen – alles ohne Ermüdung, Überlastung oder Pause.

Vorteile der Arbeit mit Cobots

Es gibt mehrere Vorteile bei der Implementierung von Cobots in Ihre Anlage hinsichtlich Effizienz- und Produktivitätssteigerung. Ihre Vorteile sind zahlreich, hier sind einige der größten:

Einfache Programmierung und Einrichtung

Viele Cobot-Einsteiger sind Erstnutzer ohne Robotik-Programmiererfahrung. Was einen Cobot einfach und leicht handhabbar macht, ist die Einfachheit der Programmierung. Cobots wie der OB7 benötigen gar keine Programmierung. Statt Codezeilen einzugeben, kann jeder OB7 einfach durch Vorführen der Armbewegungen lehren. Indem man ihm „zeigt“, wohin er sich bewegen soll, werden diese Bewegungen gespeichert und in jedem Zyklus exakt nachvollzogen.

Cobots sind kollaborativ und sicher

Die Einführung von Cobots in Ihre Anlage schafft eine verbesserte sichere Arbeitsumgebung zwischen Mensch und Roboter. Cobots arbeiten neben Ihren bestehenden Mitarbeitern und unterstützen bei Aufgaben. Durch die kollaborative Arbeit mit Menschen steigern Cobots Produktivität, Effizienz und Qualität, während sie das Arbeitsumfeld bereichern.

ROI und schnelle Amortisationszeiten

Return on Investment (ROI) ist bei Cobots schnell, weil sie einfach einzurichten sind, minimale Integration erfordern und kosteneffizienter als traditionelle Cobots sind. Einige Cobots, wie Productive Robotics' OB7, erreichen ROI in nur einer Woche mit Finanzierung. Viele weitere Faktoren spielen bei der ROI-Berechnung eine Rolle. Jedes Unternehmen ist anders, daher ist es wichtig, die in Ihrem Geschäft relevanten Faktoren zu bewerten.

Positive Auswirkungen auf Mitarbeiter

Die Einführung neuer Ausrüstung wie eines Cobots kann für Arbeiter einschüchternd wirken. Doch die anfängliche Skepsis verfliegt schnell, wenn der Cobot sie für lohnendere Teile ihrer Arbeit freisetzt. In vielen Fällen haben Mitarbeiter endlich Zeit, aufzuholen und an höherwertigen Verantwortlichkeiten und Schulungen zu arbeiten. In anderen Fällen entwickeln sie sogar neue, kreative Wege, wie der Cobot ihnen bei weiteren Aufgaben helfen kann.

Automatisierung mit Cobots verbessern

Jahrzehntelang hat Automatisierung großen Unternehmen genützt. Heute können Unternehmen jeder Größe kollaborative Roboter implementieren – ohne hohen Preis, komplexe Integration und schwierige Programmierung. Durch ihre Benutzerfreundlichkeit, Erschwinglichkeit und Flexibilität bieten Cobots grenzenlose Optionen für Unternehmen, in einer sich wandelnden Fertigungslandschaft zu bestehen.

Ob vollautomatisierte Fabrikhalle oder Einführung von Cobots in manuelle Arbeitsstationen – Cobots bieten viele Vorteile für Unternehmen aller Branchen. Sie steigern Produktivität, verbessern Qualität und optimieren Effizienz.

Productive Robotics fokussiert sich auf Benutzerfreundlichkeit und Lösungen für unerfahrene Anwender ohne Robotik-Erfahrung oder Programmierkenntnisse. OB7-Cobots sind darauf ausgelegt, sich nahtlos in Produktionslinien zu integrieren, leicht lehrbar zu sein und schnell umgesetzt zu werden.

Productive Robotics heute kontaktieren

Unsere Roboter-Spezialisten bei Productive Robotics stehen für Ihre Fragen bereit. Bitte nehmen Sie Kontakt auf, um mehr über unsere nächste Cobot-Generation zu erfahren und wie sie Ihnen helfen können, Ihre Produktionsziele zu erreichen.