7 minRobotikVeröffentlicht am 13. Juli 2023

Mensch-Roboter-Kollaboration: Perfect Match zwischen Mensch & Cobot

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Intro

Psychologen und Paartherapeuten sind sich unschlüssig: Sind Gegensätze eher förderlich für ein partnerschaftliches Miteinander oder doch ein Beziehungskiller? Diese Frage werden wir an dieser Stelle nicht klären können. Doch wenn es um das Zusammenspiel zwischen Mensch und Roboter geht, haben wir einiges an Erfahrung und unsere Weisheiten in 4 ultimativen Beziehungsratschlägen zusammengefasst.

1. Klare Rollenverteilung

Monotonie und Langweile sind nicht nur Gift für die Beziehung, sondern auch ein Frustrationspunkt im Arbeitsleben, etwa in der industriellen Fertigung. Gut, dass beim Zusammenspiel zwischen Mensch und Roboter die Rollen klar verteilt sind. Roboter spielen ihre Stärken gerade bei monotonen, wiederkehrenden Tätigkeiten aus. Sie sind dem Menschen in puncto Geschwindigkeit, Belastbarkeit und Wiederholgenauigkeit weit überlegen. Doch trotz aller KI-Fantasien fehlt es ihnen an Kreativität. Hier kommt nun der Mensch ins Spiel: Wir haben die Fähigkeit, auf Basis von Erfahrung und Wissen neue, kreative Ansätze zu entwickeln. Diese Fähigkeit spielen wir auch im Fall von unerwarteten Ereignissen aus, da wir – basierend auf unserem Knowhow – intuitive Entscheidungen treffen und diese gegebenenfalls auch korrigieren. Da uns auch kollaborative Roboter – Cobots – bei monotonen und körperlich anstrengenden Tätigkeiten entlasten, wird unser Arbeitsalltag ergonomischer und somit attraktiver.

2. Safety first: Das ideale Spiel zwischen Nähe und Distanz

Je nach Art der Interaktion zwischen Roboter und Mensch lassen sich verschiedene Kollaborationsgrade unterscheiden. Aus diesen leiten sich die benötigten Sicherheitsvorkehrungen ab, die zur zweiten Beziehungsregel führen: Je enger die Zusammenarbeit, desto wichtiger das Thema Sicherheit. Das bedeutet in der Fertigungspraxis: Je enger Mensch und Roboter miteinander arbeiten, desto geringer die zulässige Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters und desto höhere Anforderungen an das sogenannte „Safety Engineering“, etwa der Planungssoftware für die Roboterzelle, einer Sicherheits-SPS oder Sensoren für die Überwachung der Geschwindigkeit, der Kraft und des Abstands. 

Die Software-Add-ins von SafeMove ermöglichen es, auf dem Handbediengerät FlexPendant schnell eine sichere Arbeitszone sowie andere Sicherheitsfunktionen einzurichten.

Aus Safety First leitet sich die dritte Grundregel ab: Sich gegenseitig genügend Freiräume zu lassen.

3. Sich gegenseitig Freiräume lassen

Auch beim Zusammenspiel zwischen Mensch und Roboter muss genau ausgelotet werden, wie viel Freiraum notwendig ist. In der traditionellen Roboterzelle ist der Industrieroboter durch einen Schutzzaun oder eine Einhausung vom menschlichen Arbeitsbereich abgetrennt. Dadurch wird jeglicher direkte Kontakt zwischen Mensch und Roboter ausgeschlossen, was zu einem Maximum an Sicherheit führt und hohe Roboterbewegungsgeschwindigkeiten ermöglicht. Auf der nächsten Stufe, der sogenannten Koexistenz, entfällt zwar der physische Schutzzaun, aber die Arbeitsbereiche von Mensch und Roboter bleiben dennoch getrennt. Dieses Setup wird häufig in Montageprozessen oder bei der Bestückung von Maschinen verwendet. Da jedoch eine Berührung zwischen Mensch und Roboter nicht ausgeschlossen werden kann, sind bei der Koexistenz zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen erforderlich. Diese umfassen beispielsweise Lichtvorhänge und Sicherheitsfunktionen in der Roboterprogrammierung, um die Sicherheit zu gewährleisten. Für eine gesunde Beziehung sind diese Vorkehrungen essenziell, um eine sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter zu ermöglichen und potenzielle Risiken zu minimieren. 

Bei der Kooperation kommen sich Mensch und Roboter deutlich näher – die Arbeitsbereiche überschneiden sich. Obwohl Mensch und Roboter sequenziell handeln und ihre Aktionen nacheinander an einem Objekt ausführen, entsteht eine beeindruckende Symbiose. Ein Beispiel hierfür ist, wenn der Mensch den Arbeitsraum des Roboters betritt, um ein Werkstück abzulegen. Doch auch hier gilt: Safety First. Um mögliche unerwünschte Kontakte und Verletzungen zu vermeiden, wird der Arbeitsbereich durch fortschrittliche Bildverarbeitungssysteme oder Laserscanner überwacht. Hier ist Sensibilität gefragt: Sobald der Roboter erkennt, dass sich der Mensch nähert, reduziert er seine Bewegungsgeschwindigkeit bis zum sicheren Stillstand. 

Erst bei der „echten“ Kollaboration arbeiten Mensch und Roboter gleichzeitig an derselben Aufgabe. Hierbei ist es von entscheidender Bedeutung, versehentliche Berührungen zwischen Mensch und Roboter zu verhindern. Um dies zu gewährleisten, wird die Druckkraft pro Fläche genau überwacht und gegebenenfalls begrenzt. Hier kommen Roboter-Schutzhüllen mit integrierter Sensorik oder Kraft-Moment-Sensoren in den Antrieben des kollaborativen Roboters zum Einsatz. Durch intelligente Programmierung und hochentwickelte Sensorik reagiert der Roboter in Echtzeit auf die Bewegungen des Menschen, um eine sichere und harmonische Zusammenarbeit zu gewährleisten. Diese enge Interaktion eröffnet faszinierende Möglichkeiten und erzeugt eine echte Verbindung zwischen Technologie und Menschlichkeit.

4. Lern- und Veränderungsbereitschaft zeigen

Eine gewisse Offenheit und die Bereitschaft, Neues zu lernen, sind Grundvoraussetzungen für ein partnerschaftliches Miteinander. Damit das Zusammenspiel mit Robotern im Alltag funktioniert, vereinfacht ABB mit Lead Through und Wizard Easy Programming das Programmieren erheblich. 

Das Lead-Through-Verfahren ermöglicht es, den Roboter manuell durch eine gewünschte Bewegung oder einen Arbeitsablauf zu führen. Der Roboter erfasst die Bewegungsinformationen und speichert diese ab, um sie später automatisch wiederzugeben. Während des Führens zeichnet der Roboter die Koordinaten der Bewegungen auf und lernt so den gewünschten Pfad. Dieser Pfad kann dann als Teil eines Roboterprogramms verwendet werden. Diese Methode ist besonders nützlich für Anwendungen, bei denen es schwierig ist, die Bewegung präzise zu programmieren oder wenn es häufige Änderungen in der Aufgabe gibt. 

Wizard Easy Programming ist eine blockbasierte Programmiermethode mit grafischer Benutzeroberfläche, die es Benutzern ermöglicht, den Roboter äußerst einfach zu programmieren. Mit der intuitiven Software können Anwender aus einer Liste von vordefinierten Befehlen auswählen und den Arbeitsablauf des Roboters schrittweise erstellen. Wizard führt durch den Programmierprozess und generiert automatisch den entsprechenden Code. Diese Methode eignet sich gut für Anwender ohne umfangreiche Programmierkenntnisse, da sie die Erstellung von Roboterprogrammen vereinfacht und die Notwendigkeit der direkten Programmierung in einer textbasierten Programmiersprache reduziert. 

Wie finde ich den Traumpartner? Für jede Applikation der richtige Cobot

Soweit die Theorie. Damit dem MRK-Glück nichts mehr im Wege steht, hat ABB für alle Ansprüche den passenden Roboter bzw. Cobot und deckt somit eine Vielzahl von Anwendungsszenarien ab. Unser Portfolio umfasst sowohl stationäre als auch mobile Roboter und beinhaltet die Expertise, um diese Lösungen nahtlos in intelligente Fertigungskonzepte zu integrieren. Neben den technischen Spezifikationen spielt auch die Prozesskompetenz des Automatisierungspartners eine entscheidende Rolle bei der Auswahl des perfekten Cobots.  

Der Fleißige: Die kollaborativen Erweiterungen der Industrieroboter IRB 1100 und IRB 1300 zur SWIFTI Cobot-Familie zeichnen sich durch eine beeindruckende Wiederholgenauigkeit von bis zu 0,01 mm, Geschwindigkeiten von bis zu 6,2 m/s und Traglasten von bis zu 11 kg aus. Dank integrierter Sicherheits-Laserscanner und der ABB-Sicherheitssoftware SafeMove können die industriellen SWIFTI-Cobots sicher mit Menschen zusammenarbeiten, ohne dass physische Barrieren erforderlich sind. Wenn der Laserscanner eine Person im Arbeitsbereich des Roboters erkennt, reduziert SafeMove automatisch die Geschwindigkeit bis zum sicheren Stillstand. Sobald sich die Person aus dem definierten Sicherheitsbereich entfernt, kehrt der Roboter automatisch zur vollen Geschwindigkeit zurück. Dies macht die SWIFTI-Cobots besonders geeignet für Anwendungen, bei denen die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit eines klassischen Industrieroboters in einer MRK-Umgebung benötigt werden.

Der Unkomplizierte: Der sechsachsige Cobot GoFa bietet eine Traglast von bis zu 12 kg, eine Reichweite von maximal 1.620 mm und eine Geschwindigkeit von 2,2 m/s. Integrierte Drehmomentsensoren in den Gelenken des Roboters sorgen für eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration. Wenn die Sensoren ein definiertes Kraftniveau, beispielsweise durch einen Kontakt mit einem Menschen, erkennen, stoppt der Cobot automatisch. Die intuitive Lead-Through-Programmierung in Kombination mit der benutzerfreundlichen Wizard Easy Programming Lösung von ABB ermöglicht eine einfache Bedienung ohne Kenntnisse einer speziellen Roboterprogrammiersprache, was den Einstieg in die Automatisierung erleichtert. 

Der Feinfühlige: Für präzise Aufgaben wie die Montage eignet sich der siebenachsige YuMi Cobot mit einer Traglast von bis zu 0,5 kg. YuMi ist sowohl als Einarm- als auch als Zwei-Arm-Version erhältlich und zeichnet sich durch seine kompakte Bauweise aus, die ihn zu einem Allrounder in der Fertigung macht.

Mit der Simulations- und Programmiersoftware RobotStudio von ABB können Anwender ihre individuelle Cobot-Anwendung detailliert simulieren und planen, einschließlich Sicherheitsfunktionen wie der Erstellung sicherer Zonen (SafeMove). Eine Vielzahl von Software-Tools und Roboterzubehör stehen zur Verfügung, um den Cobot schnell und einfach an die spezifischen Anforderungen anzupassen – wirtschaftlich und sicher.

Cobot-Checkliste: Welcher Typ passt zu mir?

Je nach Anwendung variieren die Anforderungen an einen Cobot erheblich. Während für die Montage schwerer Fahrzeugteile bestimmte Spezifikationen erforderlich sind, unterscheiden sich diese von den Anforderungen an Cobots für Polierarbeiten, Montage von Kleinteilen oder Kontrollaufgaben. Mit anderen Worten: Bei der Auswahl des richtigen Cobots müssen seine Eigenschaften sorgfältig mit den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung abgeglichen werden. Mit diesen Fragen findest Du den passenden Roboter: 

  • Welche Taktgeschwindigkeit darf und muss der Roboter erreichen?
  • Welche Reichweite soll der Roboter abdecken können?
  • Wird der Roboter fest installiert oder muss er häufig seine Position verändern?
  • Wie steht es um die Fehlertoleranz?
  • Wie viel Platz steht zur Verfügung? Müssen ggf. auch Schutzbarrieren wie ein Roboterkäfig oder ein Schutzzaun einkalkuliert werden? 
  • Welche Traglast muss der Roboter stemmen?
  • Welcher Freiheitsgrad ist gefragt?