Kollaborative Roboter: Effizienz und Wachstum für kleine und mittlere Hersteller

Roboter sind länger Teil der Industrie, als man denken mag. Das Patent für den ersten Industrieroboter, Unimate, wurde 1961 erteilt. Zwar wurden Roboter manchmal von größeren Herstellern wie Automobil-OEMs eingesetzt, für kleine und mittlere Hersteller (KMU) waren sie jedoch selten eine Option.

Doch die Zeiten haben sich geändert. Roboter gelten heute oft als unverzichtbare Werkzeuge für KMU, die es kleineren Betrieben ermöglichen, mit größeren Spielern zu konkurrieren. Dies gilt besonders für die neue Welle der „kollaborativen Roboter“. Laut der Robotics Industries Association ist ein kollaborativer Roboter (Cobot) speziell dafür ausgelegt, direkt mit Menschen Seite an Seite in einem definierten kollaborativen Arbeitsbereich zu arbeiten.

Was bieten Cobots Herstellern?

Für jeden beschäftigten Fertigungsmitarbeiter, der sich einen zusätzlichen Arm wünscht, können kollaborative Roboter Hightech-Arme mit Kameras und Bewegungssensoren bieten, die mit unterschiedlichen Reichweiten und Traglasten konzipiert sind. Im Gegensatz zu traditionellen „autonomen“ Einzweckmaschinen kann kollaborative Robotertechnik multiple Hand-Arm-Bewegungen nachahmen, die für repetitive Aufgaben wie die Inspektion kleiner Autoteile oder Radnabenbaugruppen erforderlich sind.

Kollaborative Roboter können Mitarbeiter von repetitiven Aufgaben befreien, damit sie sich auf Tätigkeiten konzentrieren können, die fortgeschrittenere Fähigkeiten erfordern. So können beispielsweise drei Personen, die zuvor ihre Zeit mit der Inspektion eines einzigen Behälters verbrachten, nun Aufgaben wie das Fahren eines Gabelstaplers übernehmen, so Brian Pelke, Präsident von Kay Manufacturing in Calumet City, Illinois. „Wir wollen, dass sie ihren Verstand mehr nutzen als ihre Hände“, sagte Pelke.

Pelke lobte kürzlich in einem Artikel der Chicago Tribune die vielen ROI-Vorteile kollaborativer Roboter. Er kaufte seinen ersten Cobot für unter 50.000 $ und hatte ihn innerhalb von 30 Tagen voll einsatzbereit. Die Mitarbeiter benötigten weniger als 90 Minuten für das grundlegende Programmier-Tutorial.

Pelke berichtet, dass Cobots Kay rund 150.000 $ an Verpackungskosten eingespart haben, indem sie Maschinenbediener von der Verpackung fertiger Teile ablösten. Er merkte an, dass die Maschinen visuelle Defekte an Autoteilen konsistent erkennen, während Menschen – die müde oder abgelenkt werden können – die Defekte nur in 9 von 10 Fällen entdecken.

Ein weiterer Vorteil von Cobots ist ihre Mobilität, die es ihnen ermöglicht, sich fast jedem Arbeitsbereich anzupassen. Die meisten Geräte wiegen weit unter 80 Pfund und haben einen Footprint von wenigen Zentimetern. Sie benötigen weit weniger Energie als herkömmliche Roboter und können für mehrere Anwendungen umgerüstet werden, ohne die Produktionslayouts zu verändern. Ideal für kleine Aufträge und schnelle Wechsel, führen Cobots

wiederkehrende Aufgaben mit sehr hoher Konsistenz aus.

Zukunftsaussichten für kollaborative Roboter

Der Absatz kollaborativer Roboter soll bis 2026 um 34 % wachsen, wobei die weltweiten Roboterausgaben auf 13 Milliarden $ geschätzt werden, so der Tribune-Artikel. Die Robotic Industries Association meldete kürzlich eine Rekordzahl an Robotern, die im ersten Quartal 2018 an nordamerikanische Unternehmen ausgeliefert wurden.

Cobots machen derzeit jedoch nur drei Prozent der Roboterverkäufe aus, wie der Tribune-Artikel berichtet, möglicherweise weil die kollaborative Robotertechnologie noch ein aufstrebendes Feld ist.

Formale Sicherheitsstandards für Roboter wurden erst 2016 eingeführt, als die International Organization for Standardization (ISO) die ISO Technical Specification (TS) 15066 veröffentlichte. Das American National Standards Institute (ANSI) übernahm ISO/TS 15066 im selben Jahr als ANSI/RIA Technical Report R15.606 (RIA ist die Robotic Industries Association).

Nach diesen Standards gelten Roboter als „sicher“, wenn ein ausreichender Abstand zwischen Menschen und aktiven Maschinen besteht und wenn es Begrenzungen für die Übertragung von Kräften und Druck gibt, falls ein Kontakt auftritt.

Viele Cobots verfügen über eingebaute Kameras, die ihnen die Wahrnehmung ihrer Umgebung ermöglichen. Damit sie richtig funktionieren, muss eine Schnittstelle zwischen dem Kamerakoordinatensystem und dem Roboterkoordinatensystem bestehen. Laut Messina arbeitet NIST an Tools zur Verbesserung dieser Koordination, indem Fragen gestellt werden wie: „Hat sich der Roboter von der Position verschoben, die er annimmt?“ und „Stimmt das Koordinatensystem mit der tatsächlichen Umgebung überein?“

Die NIST-Forschung zur Roboter-Sicht untersucht auch Kameras und Algorithmen, die zur Erkennung und Verfolgung von Menschen eingesetzt werden können, was Sicherheit und allgemeine Mensch-Roboter-Interaktion verbessern verspricht.

2. Programmierung

Es ist nicht schwierig, Cobots für die meisten Fertigungsaufgaben zu programmieren, aber es könnte noch einfacher sein. Und je einfacher es ist, desto weniger Gelegenheiten gibt es für menschliche Fehler, die zu Sicherheitsproblemen und Produktionsstörungen führen können. Zu diesem Zweck entwickelt NIST derzeit fortschrittliche Schnittstellen, die auf Augmented Reality und Virtual Reality basieren, um die Cobot-Programmierung intuitiver zu gestalten, so Messina.

Was Hersteller derzeit mit kollaborativen Roboter tun

Während Sicherheitsstandards und Technologien für die Verwaltung von Cobots weiterentwickelt werden, arbeiten kollaborative Roboter bereits in unmittelbarer Nähe zu Menschen auf dem Shopfloor, oft ohne zusätzliche Sicherheitszäune oder Abschirmungen. Innerhalb der aktuellen Sicherheitsrichtlinien können sie wiederkehrende Aufgaben übernehmen, die früher repetitive Verletzungsrisiken für Arbeiter darstellten – und das für weit weniger als herkömmliche Shopfloor-Maschinen.

Vom Sortieren und Verpacken bis hin zum Kleben und Montieren können kollaborative Roboter schnell programmiert werden, um solche Aufgaben zu straffen wie:

• Qualitätsinspektionen
• Polieren
• Maschinenbedienung
• Schrauben
• Spritzgießen
• Montage
• Pick-and-Place

Mitarbeiter wie David Young bei Kay Manufacturing geben an, dass sie Aufgaben wie die visuelle Inspektion kleiner Autoteile, die nun von Cobots übernommen werden, nicht vermissen werden. Im Interview mit der Tribune sagte Young, Cobots übernähmen jetzt die manuelle Arbeit, die ihm Arthritis in Händen und Füßen verursacht habe. „Es ist schwer, jedes kleine Detail zu sehen“, sagte er. „Das wird meinen Job leichter machen.“

Wenn Sie ein KMU sind, das noch nicht die vielen Chancen genutzt hat, die Cobots bieten, gibt es keinen besseren Zeitpunkt als jetzt! Kontaktieren Sie Ihr lokales MEP Center innerhalb des MEP National Network™, um mehr darüber zu erfahren, wie Cobots auch Ihnen helfen können.