IPL-Magazin 48 | Juli 2019 | Autor: Dr. Matthias Pfeffer

Wichtige Fragen zur Einführung von Cobots

 


Dr. Matthias Pfeffer
Dr. Matthias Pfeffer

Die Welt der Cobots ist für viele Unternehmen Neuland. Oft wird noch in den Schwarz-Weiss-Mustern gedacht: Entweder volle Automatisierung oder manuelle Arbeit.

Cobots verbinden diese beide Welten. Es wird die Flexibilität des Menschen mit der Unterstützung der Robotik kombiniert. Die Investitionen liegen weit unter denen eines klassischen Robotersystems. Zudem haben diese Systeme weitere Voteile.

Wenn Sie noch keine Erfahrung haben, dann helfen Ihnen folgende Tipps, die Sie bei der Anschaffung solcher Systeme beachten sollten.

 

 

 

Wichtige Fragen zur Einführung von Cobots
Wichtige Fragen zur Einführung von Cobots

 


FRAGE 1: WELCHE ARTEN VON ROBOTERN WERDEN GRUNDSÄTZLICH UNTERSCHIEDEN UND WANN MACHT WELCHER TYP SINN?


Es gibt allgemein zwei Familien von Robotern:


TRADITIONELLE INDUSTRIEROBOTER: Sie sind für große Lasten entworfen sind, benötigen daher viel Platz und sind komplex in der Implementierung. Oftmals werden Spezialisten für die Programmierung benötigt. Eine Änderung im Produktprogramm hat oftmals auch erhöhten Programmieraufwand zur Folge. Aufwendige Sicherheitsmaßnahmen müssen getroffen werden. Eine Wiederholtätigkeit sollte gegeben sein. Traditionelle Roboter können hohe Lasten bewerkstelligen, sind aber für klein und mittelständische Betriebe oftmals weniger geeignet.

LEICHTBAUROBOTER (U.A. COBOTS): Sie handeln in der Regel geringere Lasten, sind dafür aber günstiger, flexibler und leichter zu implementieren. Cobots benötigen weniger Platz und sind von der Handhabung und Programmierung einfacher. Da diese Systeme Hand in Hand mit dem Menschen zusammenarbeiten sind die Sicherungsvorkehrungen geringer. Dies bedingt aber auch eine geringere Geschwindigkeit bei der Bedienung und Durchführung der Arbeiten.


FRAGE 2: WOFÜR WERDEN COBOTS IN DER REGEL EINGESETZT UND WELCHE ERWEITERUNGEN GIBT ES?


Kollaborierende Leichtbauroboter sind ideal geeignet zur Übernahme von leichten Lasten und Tätigkeiten, die eine gewisse Wiederholhäufigkeit haben. Durch die einfache Programmierung können aber die Losgrößen geringer sein, als die bei traditionellen Robotersystemen. Die Einsatzgebiete eines Cobots sind nahezu unbeschränkt. So kann er Helfer in der Montage sein, beim Schrauben, Palettieren und Verpacken, im Labor, Bestückung von Bauteilen oder Maschinen, jegliche Art der Verbindungstechnik (Schrauben, Kleben, Schweißen, etc.), Pick & Place- Aufgaben übernehmen oder ganz einfach beim Halten und Anreichen den Menschen unterstützen. Es gibt nahezu keine Einschränkung, bei denen die Systeme nicht eingesetzt werden können.

Für manche Vorgänge in der Produktion sind spezielle Werkzeuge oder ganz bestimmte Sinneswahrnehmungen (wie Abtastungen oder Erkennung von Bauteilen) erforderlich. Dazu lassen sich die Werkzeugschnittstellen der Cobots je nach individuellen Anforderungen flexibel mit unterschiedlichen Werkzeugen wie etwa Greifern, Schweißgeräten oder Sensoren jeder Art bestücken und können somit verschiedenste Aufgaben übernehmen.

Es gilt der Grundsatz: Was ein menschlicher Arm kann, kann ein Cobot auch! Natürlich auch noch mehr, da der Cobot-Arm in sämtliche Richtung sich um jede Achse drehen kann. Hier kommt der Mensch an seine ergonomischen Grenzen. Die Gewichtsaufnahme liegt bei Cobots (je nach Ausführung) auch in dem Bereich eines menschlichen Arms. So kann eine Nutzlast bis 20 kg bei einer Reichweite von 150 cm problemlos gehoben werden. Standardmodelle gehen auf ca. 10 kg bei 120-130 cm.

Mittels Montage auf einem Linearsystem oder einer mobilen Plattform lässt sich die Reichweite jedoch verlängern. Spezialmodelle können sich auch noch in anderen Dimensionen bewegen.

 

FRAGE 3: WELCHE VORTEILE BIETEN COBOTS?

Die Leichtbaurobotik und insbesondere ihre Anwendung im Rahmen der Mensch-Roboter-Kollaboration bieten ein enormes Potenzial, um eine Vielzahl innerbetrieblicher Aufgaben zu optimieren und gleichzeitig Mitarbeiter von ergonomisch ungünstigen Tätigkeiten zu entlasten. Die Vorteile wurden in anderen Fragen bereits ausgiebig beschrieben, deshalb hier nur ein kurzer Überblick über die wichtigsten Punkte.

Ideale Arbeitsteilung: Zusammenspiel zwischen Mensch und Maschine ohne aufwendige Schutzumhausungen; schwierige oder monotone Arbeitsschritte übernimmt der Cobot.

Bessere Produktivität: Durch die ergonomische Unterstützung wird der Mensch entlastet und kann sich somit auf die komplexeren Aufgaben im Fertigungsprozess konzentrieren. Dies hat eine Steigerung der Produktivität zur Folge.

Höhere Flexibilität: Dank der intuitiven Bedienweise und einfachen (Um-)Programmierung können Cobots zudem im laufenden Betrieb ohne großen Zeitverlust immer neue Aufgaben übernehmen und sich somit dem wandelnden Produktprogramm und hoher Varianz anpassen.

Verbesserte Arbeitssicherheit: Gerade bei der Arbeit mit Maschinen, wie Pressen, bei Pick & Place-Applikationen, in denen Greifer im Einsatz sind, oder bei der Arbeit mit gefährlichen Werkstoffen, kann ein Cobot die Sicherheit für die Arbeit verbessern, indem er den gefährlichen Teil der Arbeitsschritte übernimmt.

Hohe Wirtschaftlichkeit: Die niedrigen Anschaffungskosten sowie die günstigen Betriebs- bzw. Folgekosten führen zu einer schnellen Amortisation.


FRAGE 4: WELCHE SICHERHEITSASPEKTE GIBT ES ZU BEACHTEN?

Arbeitssicherheit ist ein wichtiger Faktor, wenn Mensch und Maschine direkt zusammenarbeiten sollen. Cobots sind grundsätzlich für eine sichere Arbeitsweise zusammen mit oder direkt neben menschlichen Arbeitskräften ausgelegt. Für eine risikofreie Zusammenarbeit gilt es aber trotzdem, einige Punkte – insbesondere bei der Implentierung - zu beachten:

Kollaborationsraum: Bei Anwendungen der Mensch-Roboter-Kollaboration muss dabei dem sogenannten „Kollaborationsraum“, also der Bereich, in dem Roboter und Mensch direkt miteinander agieren können, besonderes Augenmerk gewidmet werden. Dieser sollte so klein wie möglich gehalten werden. Vor allem muss ein Kollisionsausschluss im besonders gefährdeten Kopf- und Halsbereich des Mitarbeiters mittels festgelegter sicherer Bereichsgrenzen der Roboterbewegungen gegeben sein. Diese Verletzungsrisiken durch Kollisionen zwischen Roboter und Personen sind im Rahmen der Risikobeurteilung abzuwägen und zu bewerten.

Risikobeurteilung: Um eine Roboter-Applikation abschließend auf ihre Sicherheit zu überprüfen, muss in jedem Fall eine Risikobeurteilung durchgeführt werden. In dieser werden alle möglichen Gefahren, die von der Anwendung ausgehen könnten, identifiziert und betrachtet. Um das Risiko einer Roboter-Anwendung zu beurteilen, darf nicht nur der alleinstehende Roboter betrachtet werden, sondern das Gesamtsystem ist zu berücksichtigen. Hierbei müssen auch Werkstücke oder Greifer berücksichtigt werden. Spitze oder scharfkantige Produkte oder Werkzeuge bedürfen besonderer Beachtung. Die Sicherheitsbeurteilung sollte in jedem Fall ein Fachmann durchführen.


FRAGE 5: WAS REGELT DIE DIN ISO/TS 15066?


Die DIN ISO/TS 15066 ist ein Leitfaden für die Sicherheit, die den Robotereinsatz im Kollaborationsbetrieb regelt. Sie ergänzt die allgemeine Norm EN ISO 10218 und unterscheidet folgenden Arten des kollaborierenden Betriebs:

Sicherheitsgerichteter überwachter Halt: Der kollaborierende Roboter hält an, wenn der Mitarbeiter den gemeinsamen Arbeitsraum betritt und fährt weiter, wenn der Mitarbeiter den gemeinsamen Arbeitsraum wieder verlassen hat.

Handführung: Die Roboterbewegung wird vom Mitarbeiter aktiv mit geeigneter Sensorik gesteuert, meist unterstützt durch eine Zustimmungseinrichtung wie einen Dreipunktschalter.

Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung: Ein Kontakt zwischen Mitarbeiter und in Bewegung befindlichem Cobot wird von der Maschine verhindert. Dazu wird der Abstand von Mensch und Roboter konstant überwacht, etwa mit Laserscannern oder mit Kamerasystemen. Wird die vorgeschriebene Distanz unterschritten, reduziert sich die Geschwindigkeit des Cobots bis zum Sicherheitshalt.

Leistungs- und Kraftbegrenzung: Kontaktkräfte zwischen Mitarbeiter und Cobot werden technisch auf ein ungefährliches Maß begrenzt. Die ISO/TS 15066 legt somit die Schmerzschwellen für verschiedene Körperregionen fest.


FAZIT: Cobots sind intelligente Helfer im Arbeitsalltag und können für wenig Geld die Produktivität auf flexible Art und Weise steigern.