Wenn wir von Cobots sprechen, meinen wir kollaborative Roboter, d. h. Industrieroboter, die so konzipiert sind, dass sie ohne Schutzbarrieren oder andere physische Trennelemente sicher mit Menschen zusammenarbeiten. Sie sind mit Sicherheits- und Antikollisionssystemen sowie mit Kameras und Sensoren ausgestattet, die es ermöglichen, den Raum mit den Arbeitern an der Produktionsstrasse zu teilen, ohne dass es zu Unfällen kommt.

Die Forscher begannen, mit Experten der University of California in Berkeley und Ingenieuren von General Motors zusammenzuarbeiten. Ihre Aktivitäten wurden von GM gesponsert, das damit u. a. auf die Einwände der US-Behörde für Sicherheit und Gesundheit am Arbeitsplatz (OSHA) in Bezug auf die Ergonomie in Produktionsstätten reagierte.

Die Behörde betonte, dass sich die Automobilindustrie mit diesem wichtigen sozialen Problem befassen müsse und dass GM als Schlüsselunternehmen eine führende Rolle spielen sollte. Die Erfindung von Colgate und Peshkin: eine programmierbare Maschine zur Hilfe in der Produktion, die in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen entwickelt wurde. 

Diese Maschine war zur Last Unterstützung und erleichterte den Arbeitern die Führung von schweren Objekten entlang der Produktionsstraße. Die Ingenieure baten um Hilfe bei der Suche nach einem freundlicheren Namen. Prof. Brent Gillespie schlug eine Kombination aus den Wörtern kollaborative Roboter (collaborativ Robot) – Cobot vor.

Lernen von den "Kollegen"

Nicht zu verwechseln mit humanoiden Robotern, sind Cobots typischerweise anthropomorph, d. h. sie sind mit flexiblen Armen und Kameras ausgestattet, um ihre Aufgaben zu erfüllen.

In der Regel werden sie nicht programmiert. Bevor sie in der Produktion eingesetzt werden, lernen sie in der Praxis, indem sie sich die vom menschlichen Bediener gezeigten Bewegungen und Vorgänge einprägen und diese dann nachahmen. Sie werden häufig bei sich wiederholenden, anstrengenden, schweren oder besonders präzisen Arbeiten eingesetzt, um die Effizienz der Produktion zu steigern.

Außerdem, und das ist ein wichtiges Merkmal dieser Art von Werkzeugen, sind Cobots lernfähig: Das bedeutet, dass sie für die Ausführung anderer Aufgaben geschult werden können und sind ausgestattet mit den am besten geeigneten EO AT-Lösungen (end-of-arm-tooling). Somit können sie, für andere Abteilungen oder andere Segmente der Produktionslinie umgerüstet werden, um so den wachsenden Anforderungen des Marktes an Flexibilität und Variabilität gerecht zu werden.

Was sind EOATs (End-of-arm-tooling)

Wenn wir von EO AT-Systemen und -Lösungen sprechen, meinen wir die Konstruktion der Greifarme von Robotern oder auch die Befestigungssysteme für jegliche Automatisierungs Ausrüstung: Wir sprechen von Werkzeugen, die aus Verbindungsteilen und den sogenannten Greifern bestehen.

Diese sind mit funktionellem Zubehör ausgestattet, das oft auch für die verschiedenen Anwendungen der Industriesektoren, in denen sie eingesetzt werden, maßgeschneidert ist: Sie finden mittlerweile Verwendung in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, bei der Lebensmittelherstellung und anderen.

Umsetzung der Mensch-Roboter-Kollaboration

Laut der internationalen Organisation für Normung handelt es sich bei der kollaborativen Robotik um automatisch gesteuerte Robotersysteme: die sich denselben Arbeitsbereich mit dem Menschen teilen, im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern Systemen, die in der Regel vom Menschen getrennt sind, um ihn vor Verletzungen zu schützen.

Mit dem technologischen Fortschritt wächst jedoch das Potenzial, die Kraft und Präzision von Robotern mit der Kreativität und Problemlösungsfähigkeit von Menschen sicher zu kombinieren. Dies kann die Arbeitseffizienz drastisch erhöhen. Die Begrenzung von Leistung und Kraft gilt für Maschinen, die für die Zusammenarbeit mit Menschen konzipiert sind. Cobots verlangsamen dank eingebauter Sensoren die Arbeit oder stoppen sie, wenn sich jemand ihnen nähert.

Die Markierung von Sicherheitszonen und das kontrollierte Anhalten ermöglichen es, den gemeinsamen Arbeitsbereich sicher aufzuteilen. Die Maschine hält an, wenn eine Person in dem gekennzeichneten Bereich erscheint, und nimmt den Betrieb selbstständig wieder auf, nachdem der Arbeiter den Raum verlassen hat. Wie die Experten betonen, wird diese Art von Robotern eingesetzt, wenn Mensch-Roboter-Interaktionen selten sind.

Ein anderer Typ sind Industriemaschinen, die zügig arbeiten, zu denen man aber einen problemlosen, wenn auch gelegentlichen Zugang ermöglichen muss. Daher werden anstelle einer gewöhnlichen physikalischen Abgrenzung fortschrittliche Bildverarbeitungssysteme verwendet, um zu prüfen, ob der Arbeitsbereich des Roboters leer ist – wenn nicht, senden sie Informationen an die Geräte, die dann die Arbeitsgeschwindigkeit schrittweise verringern.

Ebenfalls gibt es noch einen manuellen Typ, bei dem der Cobot kontinuierlich von einem Bediener gesteuert wird. Der Cobot hält unter anderem die Last, wenn ein Mensch seinen Arm führt. Dadurch wird die Verletzungsgefahr für die Arbeiter verringert. Bei einigen Maschinen werden ähnliche Mechanismen verwendet, um sie zu programmieren.

Cobots in Zahlen

Nach Angaben der "International Federation of Robotics" haben Unternehmer im Jahr 2020 weltweit 22.000 Cobots installiert. Das sind eintausend mehr als im Jahr zuvor und dreitausend mehr als 2018. Im Jahr 2017 gab es 11.000 ähnliche Implementierungen. IFR weist darauf hin, dass sich die Entwicklung von Mensch-Roboter-Kollaborationssystemen noch in einem frühen Stadium befindet.

Zum Vergleich: Im Jahr 2020 setzten Unternehmen 362.000 industrielle Standardmaschinen ein. IFR betont jedoch, dass sich mit der wachsenden Zahl von Cobots in Unternehmen der Anwendungsbereich erweitert und die Programmierung von kollaborativen Robotern im Vergleich zu herkömmlichen Geräten einfacher ist.

Herausforderung – Nachrüstung

Das derzeitige Szenario wird sich hauptsächlich deshalb ändern, weil bereits Cobots der zweiten Generation entwickelt werden. Diese werden in Bezug auf die Hardware erhebliche Verbesserungen aufweisen. Vor allem, weil auch die traditionellen Unternehmen in der Welt der Industrieautomation auf eine schrittweise Preissenkung setzen. Eine verbesserte Flexibilität und die Entwicklung von Plattformen für die Nachrüstung von Industrierobotern spielen hier auch eine Rolle, um sie mit noch mehr kollaborativen Fähigkeiten auszustatten.

Es handelt sich um spezialisierte Maschinen, die "angewiesen"sind, bestimmte Aufgaben mit einem mehr oder weniger hohen Grad an Autonomie auszuführen. Sie sind zunehmend sowohl in Produktionslinien, also als Elemente einer immer weiter fortgeschrittenen Industrie- und Fabrikautomatisierung, als auch in der Logistik eingesetzt.

Die Geschichte von Cobots

Im Jahr 1995 starteten die beiden Wissenschaftler M. Peshkin und J. E. Colgate ein Projekt für kollaborative Roboter. Sie übernahmen dieses Projekt, weil zu dieser Zeit der Schwerpunkt auf der Autonomie der Geräte lag, nicht auf ihrer Fähigkeit zur menschlichen Zusammenarbeit. Die Roboter waren nicht auf die Welt um sie herum programmiert.

Auch wollte man nicht riskieren, dass Menschen um sie herum zu Schaden kamen. Die Wissenschaftler definierten die erste von ihnen entwickelte Maschine als ein Gerät und eine Methode der direkten physischen Interaktion zwischen einer Person und einem computergesteuerten Manipulator.

Die Forscher begannen, mit Experten der University of California in Berkeley und Ingenieuren von General Motors zusammenzuarbeiten. Ihre Aktivitäten wurden von GM gesponsert, das damit u. a. auf die Einwände der US-Behörde für Sicherheit und Gesundheit am Arbeitsplatz (OSHA) in Bezug auf die Ergonomie in Produktionsstätten reagierte.

Die Behörde betonte, dass sich die Automobilindustrie mit diesem wichtigen sozialen Problem befassen müsse und dass GM als Schlüsselunternehmen eine führende Rolle spielen sollte. Die Erfindung von Colgate und Peshkin: eine programmierbare Maschine zur Hilfe in der Produktion, die in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen entwickelt wurde. 

Diese Maschine war zur Last Unterstützung und erleichterte den Arbeitern die Führung von schweren Objekten entlang der Produktionsstrasse. Die Ingenieure baten um Hilfe bei der Suche nach einem freundlicheren Namen. Prof. Brent Gillespie schlug eine Kombination aus den Wörtern kollaborative Roboter (collaborativ Robot) – Cobot vor.

Lernen von den "Kollegen"

Nicht zu verwechseln mit humanoiden Robotern, sind Cobots typischerweise anthropomorph, d. h. sie sind mit flexiblen Armen und Kameras ausgestattet, um ihre Aufgaben zu erfüllen.

In der Regel werden sie nicht programmiert. Bevor sie in der Produktion eingesetzt werden, lernen sie in der Praxis, indem sie sich die vom menschlichen Bediener gezeigten Bewegungen und Vorgänge einprägen und diese dann nachahmen. Sie werden häufig bei sich wiederholenden, anstrengenden, schweren oder besonders präzisen Arbeiten eingesetzt, um die Effizienz der Produktion zu steigern.

Ausserdem, und das ist ein wichtiges Merkmal dieser Art von Werkzeugen, sind Cobots lernfähig: Das bedeutet, dass sie für die Ausführung anderer Aufgaben geschult werden können und sind ausgestattet mit den am besten geeigneten EO AT-Lösungen (end-of-arm-tooling). Somit können sie, für andere Abteilungen oder andere Segmente der Produktionslinie umgerüstet werden, um so den wachsenden Anforderungen des Marktes an Flexibilität und Variabilität gerecht zu werden.

Was sind EOATs (End-of-arm-tooling)

Wenn wir von EO AT-Systemen und -Lösungen sprechen, meinen wir die Konstruktion der Greifarme von Robotern oder auch die Befestigungssysteme für jegliche Automatisierungs Ausrüstung: Wir sprechen von Werkzeugen, die aus Verbindungsteilen und den sogenannten Greifern bestehen.

Diese sind mit funktionellem Zubehör ausgestattet, das oft auch für die verschiedenen Anwendungen der Industriesektoren, in denen sie eingesetzt werden, massgeschneidert ist: Sie finden mittlerweile Verwendung in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, bei der Lebensmittelherstellung und anderen.

Umsetzung der Mensch-Roboter-Kollaboration

Laut der internationalen Organisation für Normung handelt es sich bei der kollaborativen Robotik um automatisch gesteuerte Robotersysteme: die sich denselben Arbeitsbereich mit dem Menschen teilen, im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern Systemen, die in der Regel vom Menschen getrennt sind, um ihn vor Verletzungen zu schützen.

Mit dem technologischen Fortschritt wächst jedoch das Potenzial, die Kraft und Präzision von Robotern mit der Kreativität und Problemlösungsfähigkeit von Menschen sicher zu kombinieren. Dies kann die Arbeitseffizienz drastisch erhöhen. Die Begrenzung von Leistung und Kraft gilt für Maschinen, die für die Zusammenarbeit mit Menschen konzipiert sind. Cobots verlangsamen dank eingebauter Sensoren die Arbeit oder stoppen sie, wenn sich jemand ihnen nähert.

Die Markierung von Sicherheitszonen und das kontrollierte Anhalten ermöglichen es, den gemeinsamen Arbeitsbereich sicher aufzuteilen. Die Maschine hält an, wenn eine Person in dem gekennzeichneten Bereich erscheint, und nimmt den Betrieb selbstständig wieder auf, nachdem der Arbeiter den Raum verlassen hat. Wie die Experten betonen, wird diese Art von Robotern eingesetzt, wenn Mensch-Roboter-Interaktionen selten sind.

Ein anderer Typ sind Industriemaschinen, die zügig arbeiten, zu denen man aber einen problemlosen, wenn auch gelegentlichen Zugang ermöglichen muss. Daher werden anstelle einer gewöhnlichen physikalischen Abgrenzung fortschrittliche Bildverarbeitungssysteme verwendet, um zu prüfen, ob der Arbeitsbereich des Roboters leer ist – wenn nicht, senden sie Informationen an die Geräte, die dann die Arbeitsgeschwindigkeit schrittweise verringern.

Ebenfalls gibt es noch einen manuellen Typ, bei dem der Cobot kontinuierlich von einem Bediener gesteuert wird. Der Cobot hält unter anderem die Last, wenn ein Mensch seinen Arm führt. Dadurch wird die Verletzungsgefahr für die Arbeiter verringert. Bei einigen Maschinen werden ähnliche Mechanismen verwendet, um sie zu programmieren.

Cobots in Zahlen

Nach Angaben der "International Federation of Robotics" haben Unternehmer im Jahr 2020 weltweit 22.000 Cobots installiert. Das sind eintausend mehr als im Jahr zuvor und dreitausend mehr als 2018. Im Jahr 2017 gab es 11.000 ähnliche Implementierungen. IFR weist darauf hin, dass sich die Entwicklung von Mensch-Roboter-Kollaborationssystemen noch in einem frühen Stadium befindet.

Zum Vergleich: Im Jahr 2020 setzten Unternehmen 362.000 industrielle Standardmaschinen ein. IFR betont jedoch, dass sich mit der wachsenden Zahl von Cobots in Unternehmen der Anwendungsbereich erweitert und die Programmierung von kollaborativen Robotern im Vergleich zu herkömmlichen Geräten einfacher ist.

Herausforderung – Nachrüstung

Das derzeitige Szenario wird sich hauptsächlich deshalb ändern, weil bereits Cobots der zweiten Generation entwickelt werden. Diese werden in Bezug auf die Hardware erhebliche Verbesserungen aufweisen. Vor allem, weil auch die traditionellen Unternehmen in der Welt der Industrieautomation auf eine schrittweise Preissenkung setzen. Eine verbesserte Flexibilität und die Entwicklung von Plattformen für die Nachrüstung von Industrierobotern spielen hier auch eine Rolle, um sie mit noch mehr kollaborativen Fähigkeiten auszustatten.