Cobot-Integration meistern: 4 Schlüsselfragen beantwortet

Troy Ojalehto, zertifizierter Systemintegrator bei Universal Robots, integriert den UR5-Cobot für CNC-Maschinenbedienung bei Toolcraft Inc. Manche Shops nutzen einen Integrator, andere integrieren selbst. Foto: Universal Robots Inc.

Die Integration kollaborativer Roboter („Cobots“) wird für Maschinenbaubetriebe, die Wege zur Automatisierung der Maschinenbedienung suchen, immer beliebter. Besonders während der COVID-19-Pandemie erkannten viele Unternehmen die Bedeutung von Automation, während sie mit Social Distancing und abwesenden Maschinenbedienern umgehen mussten. Andere hatten bereits Cobots eingesetzt, um ihre qualifizierten Zerspaner für wichtigere Aufgaben freizusetzen, wo der menschliche Verstand unersetzlich ist.

Obwohl Cobots im Design variieren, verfügen sie alle über eine Kombination von Technologien, die es ihnen ermöglichen, sicher neben Menschen in einem gemeinsamen Bereich zu funktionieren – im Gegensatz zu konventionellen Industrierobotern, die autonom in einem geschützten Zellenbereich arbeiten. Meist ähneln sie einem menschlichen Arm (sechs oder sieben Achsen) und sind einfach zu programmieren. Viele Cobot-Hersteller werben damit, dass Bediener wenig bis keine Robotik-Programmiererfahrung brauchen, um sie erfolgreich einzurichten und zu programmieren.

Doch Unternehmen mit wenig bis keiner Robotik-Integrationserfahrung könnten Vorbehalte haben, kopfüber in Cobot-Maschinenbedienung einzusteigen, da unbeantwortete Fragen im Raum stehen. Um diese zu beantworten, sprachen wir mit Universal Robots (UR), einem Cobot-Hersteller, um Licht in die Grundlagen der Cobot-Installation zu bringen.

Wie bringe ich CNC und Roboter zur Kommunikation?

Die Antwort hängt vom Alter der Werkzeugmaschine und der CNC ab. Es gibt zwei grundlegende Kommunikationsformen. Bei Bestandsmaschinen (Legacy) erfolgt sie wahrscheinlich über digitale I/O (Eingang/Ausgang) und Relaisverdrahtung. Diese Funktion gibt ein Signal von der CNC an den Cobot aus, das dieser als Eingangsbefehl empfängt – kommunizierend Zustände wie Spindel ein/aus, Backen offen/geschlossen, Tür offen/geschlossen u. v. m.

Bei neueren Maschinen ist Ethernet-Kommunikation am effektivsten für den bidirektionalen Austausch zwischen CNC und Cobot oder für das Senden von

Für neuere Maschinen ist Ethernet-Kommunikation am effektivsten für die Kommunikation zwischen CNC und Roboter. VersaBuilt bietet ein Ethernet-Kommunikationskit, das das Verbinden von CNC und Roboter erleichtert.

„Handshake-Signale“. Diese Handshake-Signale sind die neueste Kommunikationsform in der Branche und erfordern ein Plug-and-Play-Interface, das eine EDS- oder GSD-Datei zur Kommunikation erzeugt.

VersaBuilt, ein UR-Partner, bietet Ethernet-Kommunikationskits namens Robot2CNC für ausgewählte Steuerungen (inkl. Haas) an, die diese Verbindungen mit gut geschriebenen Schritt-für-Schritt-Anleitungen einfacher machen.

Da sich Werkzeugmaschinentechnologie stetig weiterentwickelt, werden neueste Maschinen so gebaut, dass sie kollaborative Automation besser unterstützen. „Werkzeugmaschinenhersteller haben erkannt, dass dies ein entscheidender Wettbewerbsvorteil ist“, sagt Joe Campbell, Senior Manager Strategic Marketing und Application Development bei UR. „Daher sind sie entgegenkommender denn je. Sie erleichtern das Interface statt es zu blockieren.“

Dadurch wird Integration mit neuesten Werkzeugmaschinen einfacher, und diese Leichtigkeit wird weiter zunehmen, ergänzt Karl Sheppard, Regionalleiter Kundenservice bei UR.

Er glaubt, Plug-and-Play-Kommunikation sei der wichtigste Aspekt für viele kleine bis mittelgroße Maschinenbaubetriebe, um die Fähigkeit zu haben, diese Cobots schnell in ihren Anlagen zu integrieren. „Die Lücke beim Interface zu schließen, ist letztlich der Schlüssel“, sagt er.

Brauche ich einen Integrator?

Manche Shops wählen einen Integrator (ein Unternehmen, das vor Ort den Cobot in den Shopfloor integriert), andere machen die Integration selbst. Es hängt von der Roboter/Cobot-Expertise des Shops und seinem Komfortlevel ab, einen Cobot selbst zu installieren.

Roboter-Integratoren haben viel Erfahrung mit verschiedenen Cobot-Marken und kennen die verschiedenen Interfaces und Installationen, erklärt Sheppard. Für Erstnutzer von Cobots könnte ein Shop sich mit einem Integrator sicherer fühlen.

Doch er ist der Meinung, dass Maschinenbaubetriebe und ihre Ingenieure für den Integrationsprozess kritischer sein können als ein Integrator, weil sie ihre Maschinen und Automationsbedürfnisse am besten kennen.

Stelle ich meine eigenen End-of-Arm-Toolings her?

Viele Shops bauen ihre eigenen End-of-Arm-Toolings (EOAT) für ihre Cobots, weil sie diese Kapazität im Haus haben. Es spart Geld, und sie haben Kontrolle über Qualität und Design für ihre exakten Bedürfnisse.

Wenn ein Shop seine eigenen EOAT nicht bauen will, gibt es Alternativen. Zum Beispiel sind OnRobot-Greifer UR+-zertifiziert, was nahtlose Integration mit UR-Cobots – sowohl Hardware als auch Software – bedeutet. Die gesamte Steuerungssoftware für den Greifer ist im Teach Pendant des UR-Cobots integriert.

Doch es gibt andere Bedenken, die vor der Entscheidung für ein Eigenbau-Projekt geklärt werden sollten. „Man muss Sicherheit, Verdrahtung und Kommunikation mit der CNC berücksichtigen“, erklärt Sheppard. Zu wissen, wie man die Handshake-Befehle programmiert oder kommuniziert, ist kritisch.

Wenn ein Shop sich nicht wohl fühlt, die Details der eigenen EOAT-Erstellung zu handhaben, ist der Kauf von UR+-Komponenten eine Option. Das UR+ Partner Program bietet Handhabungsgreifer, die von verschiedenen UR-Partnerfirmen entwickelt, angepasst und für UR-Roboter zertifiziert sind.

Muss ich eine Risikobeurteilung durchführen?

Ja. Cobots benötigen eine Risikobeurteilung genauso wie ihre traditionellen Roboter-Pendants. Tatsächlich haben UR-Cobots 17 Sicherheitsprotokoll-Stufen, die an die einzigartigen Sicherheitsanforderungen jedes Shops angepasst werden.

Installationsanpassungen per Risikobeurteilung sind bei Cobots viel einfacher als bei Robotern. „Früher hatte man eine Risikobeurteilung und musste dann kommen und den Zaun vergrößern, dies zwei Fuß zurückversetzen usw.“, sagt Sheppard über traditionelle Roboter-Installation. „Jetzt hat man einen Cobot, bei dem man in Sekunden Kraft, Geschwindigkeit oder andere Variablen software-seitig ändern kann, um die Risikobeurteilung zu erfüllen. Aus Integrations-Sicht kann man also buchstäblich Änderungen vornehmen, die software-seitig zu Hardware werden, und ist innerhalb von Stunden startklar.“

Cobots sind bekannt für ihre einfache Programmierung und Bedienung. Dieser Teach Pendant ist nicht nur benutzerfreundlich, sondern auch staub- und wasserdicht.

Für einen unerfahrenen Shop, der noch keine Risikobeurteilung für Automation gemacht hat, empfiehlt Campbell, die Website der Robotics Industry Association (RIA), robotics.org, zu besuchen und das grundlegende Training zu Robotersicherheit und Risikobeurteilung zu absolvieren, bevor man den Prozess beginnt.

„Die RIA bietet kosteneffektive Trainingspakete“, sagt Campbell. „Wenn aber niemand im Team Zeit dafür hat, sollte man vielleicht nach außen gehen. Die RIA hat eine Sammlung qualifizierter Berater, die ein Unternehmen besuchen, um zu helfen.“ Er empfiehlt, für die erste Cobot-Integration eventuell einen Berater zu engagieren, und nach der ersten Erfahrung wird der Shop den Prozess wahrscheinlich verstehen und beim nächsten Mal keinen Berater mehr brauchen.

Die technische Spezifikation ISO/TS 15066:2016 ist ein weiterer guter Startpunkt, der hilft, anspruchsvollere vorläufige Risikobeurteilungen sowohl des Cobot-Systems als auch der Umgebung, die es mit Menschen teilt, durchzuführen.

Universal Robots USA Inc. | 844-462-6268 | universal-robots.com