Robotik-Design: Experten-Roundtable zu Automatisierungstrends

Da Fertigungsanlagen zunehmend automatisiert werden, spielen Roboter eine größere Rolle. Zwar können kollaborative Roboter und andere Robotersysteme menschliche Arbeiter unterstützen, doch es bleiben viele Fragen zu Kosten, Sicherheit und anderen Faktoren offen. Motion Design stellte einige dieser Fragen einem Panel von Robotik-Branchenführern.

Unser Expertenpanel besteht aus Dr. Frank Melzer, Chief Technology Officer bei Festo SE; Scott Summerville, President & CEO von Mitsubishi Electric Automation; Mark Sadie, Vice President of Marketing bei Omron Automation Americas; Enrico Krog Iversen, CEO von OnRobot; und Jim Lawton, Vice President of Product Management and Marketing bei Universal Robots.

Motion Design: Kollaborative Roboter wurden ursprünglich entwickelt, um Arbeiter bei Montageaufgaben zu unterstützen; heute haben sie viele weitere Anwendungen. Während viele Cobots als wohlwollende Assistenten für Menschen sehen, bergen sie inhärente Gefahren. Wie wurden Cobots verbessert und welche Aspekte stellen noch immer Barrieren für ihr volles Potenzial dar?

Dr. Frank Melzer: Kollaborative Roboter wurden ursprünglich entwickelt, um Arbeiter bei Montageaufgaben zu unterstützen; heute haben sie viele weitere Anwendungen. Funktionen wie sicherheitsbegrenzte Geschwindigkeit, Kraftbegrenzung und die Möglichkeit, sichere Arbeitsbereiche zu definieren, sind heute bei fast jedem Cobot Standard. ISO/TS 15066 und die Notwendigkeit, jede einzelne Anwendung gemäß Sicherheitsaspekten zu spezifizieren, sind bisher die begrenzenden Faktoren für eine breitere Einführung von Cobots.

Jim Lawton: Cobots sind nicht nur für Montageaufgaben gedacht und haben sich in einer breiten Palette von Anwendungen bewährt. Herkömmliche Roboter haben einen großen Footprint. Im Gegensatz dazu sind Cobots kostengünstig, einfach zu implementieren, haben einen kleinen Footprint und sind sicher im unmittelbaren Nahbereich menschlicher Arbeiter zu betreiben. Damit eine Maschine inhärent sicher ist, darf in keiner Situation ein Verletzungsrisiko bestehen. Das existiert nicht. Selbst ein winziger Roboter mit sehr kleiner Nutzlast könnte eine Hypodermiknadel mit tödlichem Gift oder Virus halten und somit ein Risiko für Menschen durch die Anwendung, nicht durch den Roboter darstellen. Nur die Anwendung eines Cobots kann als sicher oder unsicher beurteilt werden.

Enrico Krog Iversen: Kollaborative Roboter haben sich in phänomenalem Tempo verbessert: Nutzlasten sind gestiegen, Wiederholgenauigkeit hat sich verbessert, und ein riesiges Ökosystem von Drittanbieter-Entwicklern für Komponenten und Werkzeuge für Cobots ist entstanden. All diese Verbesserungen, einschließlich der Fähigkeit, größere Lasten zu handhaben, wurden erreicht, ohne die Sicherheitsfunktionen zu opfern, die es ermöglichen, Cobots in unmittelbarer Nähe zu menschlichen Arbeitern einzusetzen.

Scott Summerville: Wie alle Roboter haben Cobots seit ihrer Einführung Verbesserungen und Verfeinerungen erfahren. Barrieren für die Einführung von Cobots können ihre Betriebsgeschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit sein. Cobots müssen bei Nähe zu Menschen mit reduzierter Geschwindigkeit fahren, und die Wiederholgenauigkeit vieler Cobots tendiert dazu, geringer zu sein als die standardmäßiger Industrieroboter, was ihre mögliche Verwendung einschränkt. Systeme mit Cobots werden häufig von unerfahrenen Roboteranwendern entworfen. Viele erfolglose Cobot-Installationen sind nicht auf Limitations des Cobots zurückzuführen, sondern auf die Unerfahrenheit des Systemarchitekten.

Mark Sadie: Kollaborative Roboter bieten derzeit Sicherheit in Bezug auf Kraft und Geschwindigkeit des Roboterarms selbst, sodass Menschen in Harmonie mit Maschinen in unmittelbarer Nähe arbeiten können. Chancen bestehen für Cobots, die Sicherheit für die Aufgabe zu verstehen, die der Arm ausführt, und die Werkzeuge, die er verwendet. Verbesserungsbereiche sind sicherheitszertifizierte End-of-Arm-Tooling wie Greifer.

Motion Design: Wie hat das Industrial Internet of Things (IIoT) beeinflusst, wie „intelligent“ Roboter sein können, und wie Roboter miteinander und mit ihren Bedienern vernetzt sind?

Summerville: Roboter konnten schon immer miteinander, mit Bedienern und externen Geräten kommunizieren, diese Konnektivität ist also nicht neu. Das IIoT ermöglicht diese Kommunikation schneller und einfacher einzurichten; jedoch möchten die meisten Hersteller ihre Daten nicht über das Internet kommunizieren. Wenn die Definition von IIoT mehr über Daten geht, werden Host-Systeme innerhalb der Fabrik nun programmiert, diese Daten zu nutzen, 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 für die Entwicklung zusätzlicher Datenanalysen für Anwendungen wie vorausschauende Wartung zu rechtfertigen.

Sadie: Das IIoT hat es Robotern ermöglicht, einen primären Wert flexibler Automatisierung zu erweitern. Intelligente Roboter können sich mit Fabriksystemen und Enterprise-IT-Systemen sowie Automatisierungsauftragsänderungen, Produktänderungen, Werkzeugänderungen und Produktkonfigurationen integrieren. Integrierte Roboter-Vision hat diese Fähigkeit ebenfalls erweitert, indem sie den Roboter intelligenter macht, um die präzise Position von Maschinen, Werkzeugen und Teilen beizubehalten, da diese sich von Job zu Job bewegen können.

Melzer: Vernetzte Roboter sind vielleicht die relevanteste Entwicklung, um die durch ISO/TS 15066 auferlegten Einschränkungen zu überwinden. Vernetzte Wearables können beispielsweise den Informationsaustausch zwischen Cobots und Bedienern unterstützen; Wearables könnten die Absicht der nächsten Bedienerbewegung bequemer und vielleicht genauso genau oder genauer erkennen als jedes externe Laserscanner- oder Kamerasystem.

Lawton: Das IIoT bringt beispiellose Granularität in Automatisierungsimplementierungen und ermöglicht Nutzern detaillierte Einblicke in die Leistung ihrer Roboter. Beispielsweise ermöglichen Remote-Monitoring-Edge-Geräte die Überwachung und Programmierung von Cobots aus der Ferne, was angesichts von COVID-19 und den daraus resultierenden Home-Office-Anordnungen, Social-Distancing-Regeln und Abwesenheitsproblemen besonders wertvoll ist.

Motion Design: Hat der Kostenpunkt ein Niveau erreicht, bei dem Robotik von mehr kleinen und mittleren Herstellern genutzt werden kann?

Melzer: Traditionelle Robotik wurde hauptsächlich von der Automobilindustrie unterstützt, sodass die Leistung dieser Geräte an die Bedürfnisse von Fahrzeugherstellern angepasst war. Bei der Vorstellung kleinerer und leichterer Robotik erkannten Designer, dass Cobots für Millionen von Montageaufgaben eingesetzt werden könnten, die derzeit von Menschen ausgeführt werden. Der Verkauf von Cobots für Montage senkte die Kosten dieser Roboter auf ein Niveau, auf dem kleine und mittlere Hersteller sie anzuwenden begannen. Neben Kostensenkung treibt die Benutzerfreundlichkeit die Einführung von Cobots für kleine und mittlere Unternehmen voran.

Sadie: Die Kosten haben absolut ein Niveau erreicht, auf dem kleine und mittlere Unternehmen investieren können und sollten. In der Vergangenheit konnte eine typische High-Speed-Robotik-Automatisierungszelle leicht in den sechsstelligen Bereich und mehr kosten. Aktuell kosten kollaborative Roboter-Automatisierungszellen typischerweise deutlich weniger und bieten einen großartigen Return on Investment für den Anwender. Kollaborative mobile Roboter können bei Bedarf zu verschiedenen Anwendungen und Jobs innerhalb der Fabrik bewegt werden, was ihren Wert in der flexiblen Fertigung erhöht.

Summerville: Ja, die Anschaffungskosten für einen Roboter sind gesunken, da die Fähigkeiten der Roboter und die Stückzahlen gestiegen sind. Dies hat sich positiv auf ROI-Berechnungen ausgewirkt. Roboter sind zudem langlebiger als je zuvor, was den ROI weiter positiv beeinflusst. Cobots verfügen typischerweise über ikonengesteuerte Programmierumgebungen, die für neue Nutzer sehr verständlich sind, was zu kürzeren Einrichtungszeiten und schnellerer Umprogrammierung führt, falls der Cobot in einen anderen Bereich des Fertigungsprozesses versetzt wird. Auch wird weniger Sicherheitsausrüstung bei Cobots benötigt, was Kosten und Komplexität der Arbeitszelle (Zäune, Lichtvorhänge etc.) senkt.

Lawton: Neben einem niedrigen Einstiegskosten bieten kollaborative Roboter eine einfache Programmierung, sogar für Personen mit wenig oder keiner Robotik-Erfahrung. Dies senkt die Kosten der Cobot-Einführung weiter, da es die Notwendigkeit beseitigt, Roboter-Experten jedes Mal hinzuzuziehen, wenn der Cobot umprogrammiert werden muss.

Iversen: Es war nie einfacher für kleine und mittlere Hersteller, Automatisierung schnell und kostengünstig einzuführen. Ein aktueller Bericht der International Federation of Robotics zeigte, dass Cobot-Installationen 2019 um 11 % wuchsen. Wir glauben, dass niedrige Einstiegskosten und Benutzerfreundlichkeit zwei Faktoren sind, die dieses beeindruckende Wachstum antreiben.

Motion Design: Es gab eine Reihe von Fortschritten bei Endeffektoren, die Robotern größere Geschicklichkeit und Flexibilität verleihen; jedoch verfügen viele Greif- und Griffwerkzeuge noch nicht über universelle Konnektivität. Was muss getan werden, um sicherzustellen, dass jeder Endeffektor an jeden Roboter angeschlossen werden kann?

Iversen: Sicherzustellen, dass „jeder Endeffektor an jeden Roboter angeschlossen werden kann“, ist eine große Forderung, besonders wenn man bedenkt, dass jedes Jahr neue Roboter und Endeffektoren auf den Markt kommen, von denen einige unweigerlich in proprietäre Software, Hardware und Kommunikationsschnittstellen eingebunden sein werden.

Sadie: Wie bei anderen Automatisierungsprodukten muss sich die Endeffektor-Technologie weiterentwickeln, um Automatisierungsnetzwerke zu unterstützen und eine Datei bereitzustellen, die in den Roboter-Controller hochgeladen werden kann, um universelle Schnittstellensteuerungen zu ermöglichen. Heute haben viele Endeffektor-Produkte kundenspezifische Treiber und Software-Integration in bestimmte Roboter. Diese bieten besondere Vorteile, die wir nicht im Streben nach universeller Konnektivität verlieren wollen.

Melzer: Der weitere Erfolg von Cobots hängt primär von der Flexibilität der End-of-Arm-Tools (EOATs) ab; dies muss eine Priorität nationaler und internationaler Standardisierungsgremien sein. Es besteht kein Zweifel: Ein standardisiertes EOAT-Interface ist ein verlockendes Ziel. Aber ein universelles Interface muss mehr als nur einige Greiffunktionen berücksichtigen. Diese Komplexität macht die Standardisierung zu einem ehrgeizigen und schwer zu erreichenden Ziel.

Summerville: Das Fehlen gemeinsamer mechanischer und Steuerungsschnittstellen hat die Implementierung von Robotern stets behindert und die Gesamtkosten von Lösungen erhöht. Ich sehe nicht, dass Roboterhersteller sich in absehbarer Zeit auf einen gemeinsamen Satz von Schnittstellen einigen werden; jedoch sind Roboterhersteller offensichtlich daran interessiert, so viele mechanische Schnittstellenunternehmen wie möglich zu haben, die Produkte für ihre Roboter anpassen. Dies wird voraussichtlich der Weg für die absehbare Zukunft in puncto Kompatibilität sein.

Lawton: Angesichts der enormen Vielfalt an Robotern, Endeffektoren und den verschiedenen Hardware- und Software-Schnittstellen, die verschiedene Marken verwenden, ist es unwahrscheinlich, dass wir je eine Situation haben werden, in der „jeder Endeffektor an jeden Roboter angeschlossen werden kann“, zumindest nicht kurzfristig.

Motion Design: Mit COVID-19 sind autonome mobile Roboter (AMRs) in Krankenhäusern und für Lebensmittellieferungen nützlich geworden, um Gegenstände in sozial distanzierter 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 sind endlos für zukünftige Anwendungen und die Kombination autonomer Mobiltechnologie mit kollaborativen Robotern erhöht das Potenzial in vielen Märkten einschließlich Fertigung, Sicherheit, Gastgewerbe, Logistik und kommerziellen Anwendungen.

Summerville: Da die Fähigkeiten von AMRs gestiegen sind, werden Systeme, die Roboter und AMRs integrieren, langsam kosteneffektiver und einfacher zu implementieren. Der Einsatz von festen Robotern hat aufgrund der Pandemie ebenfalls zugenommen, speziell um Arbeiter, Monteure, Packer und Prüfer in Fertigungsanlagen sozial zu distanzieren, insbesondere in der Lebensmittelindustrie sowie in Elektronik, Medizintechnik und allgemeiner Fertigung.

Melzer: Servicerobotik ist definitiv ein Bereich, in dem die Erfahrungen der Pandemie das Bewusstsein gestärkt haben, dass neue Cobot-Fähigkeiten benötigt werden und von einer Reihe von Anwendungen begrüßt werden. Persönliche Betreuung, Intralogistik und Lagerhaltung sind bemerkenswert für ihren Bedarf an AMRs.

Lawton: COVID-19 hat einen Anstieg des Interesses an Automatisierung allgemein ausgelöst, aber dies gilt besonders für kollaborative Roboter und mobile Roboterplattformen. Wenn diese Plattformen kombiniert werden, um einen mobilen Cobot zu schaffen, steigen die potenziellen Anwendungen beider Technologien exponentiell. Wir haben mobile Cobots für Desinfektionsanwendungen in Krankenhäusern und sogar für COVID-19-Testanwendungen gesehen.

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