Viele Ingenieure interessieren sich für diese Maschinen der nächsten Generation, die Kräfte kontrollieren und sicher neben Menschen am Fließband arbeiten können, ohne dass herkömmliche Sicherheitsvorrichtungen erforderlich sind.
Seit kollaborative Roboter vor einem Jahrzehnt zum ersten Mal auf den Markt kamen, haben sie viele Fabrikhallen verändert und die Automatisierung für kleine Hersteller erleichtert. Diese Technologie ermöglicht es vielen Unternehmen auch, ihre Produktion in die Vereinigten Staaten zu verlagern und kleinvolumige und diversifizierte Fertigungsstrategien umzusetzen.
Esben Østergaard, CTO von Universal Robots, dem Pionier der Zusammenarbeit im Jahr 2008, sagte: „Kollaborative Roboter sind heute aus mehreren Gründen besonders attraktiv. Sie arbeiten mit Menschen zusammen, anstatt sie zu ersetzen, was besonders wertvoll ist, da Arbeitsplätze in der Fertigung verloren gehen.“ heikle Frage.
„Wir wollen die Kontrolle über die Fabrikautomation wieder in die Hände des Bedieners legen“, erklärt Østergaard, der kürzlich den Engelberg Award 2018 der Robotics Industry Association für seine Beiträge zur industriellen Automatisierung erhielt. „Wir wollen Menschen nicht ersetzen, sondern ihnen vielmehr ein Werkzeug an die Hand geben, mit dem sie ihre Arbeit effizienter erledigen können. Wir wollen sie befähigen, nicht mehr wie Roboter zu arbeiten, sondern Roboterprogrammierer zu werden und mehr wertschöpfende Aufgaben zu erledigen.“
„Dies könnte das beste langfristige Ergebnis kollaborativer Roboter sein“, sagte Ostergaard. „Diese Umverteilung der menschlichen Kreativität, kombiniert mit der Wiederholbarkeit von Robotern, befriedigt die Bedürfnisse sowohl des Marktes als auch der Kunden. Forderung nach hoher Personalisierung von Produkten. qualitative Veränderungen, sowohl für die hergestellten Produkte als auch für die Menschen, die sie herstellen.“
„Cobots öffnen die Tür für Hersteller, die sich in der Vergangenheit Sorgen um die Automatisierung von Montagelinien gemacht haben“, fügte Chris Blanchette, Executive Director of Sales bei FANUC America Corp., hinzu, das fünf Cobot-Modelle anbietet. „Dadurch haben viele Unternehmen endlich den Wert der Automatisierung erkannt.“
„Bediener können die Gelenkmaschine mit nur wenigen Stunden Schulung einrichten, sie ist leicht genug, um mehrmals am Tag durch die Anlage bewegt zu werden, und sie kann ohne Schutzvorrichtungen oder Schutzvorrichtungen betrieben werden“, sagte Daniel Moore, U. Ein technischer Support-Ingenieur . von Ao Robotics America. „Funktionell kann jede Schwäche oder Schwierigkeit herkömmlicher Roboter durch eine Änderung des Fokus behoben werden.“
„Früher hatten viele Menschen Angst vor Robotern“, sagte Matt Fitzgerald, Vizepräsident für Produkte bei Rethink Robotics Inc., das 2012 den kollaborativen Roboter Baxter auf den Markt brachte. Kollaborative Maschinen sind flexibel, einfach zu bedienen und sicher arbeiten. "
Von kollaborativen Robotern wird erwartet, dass sie die Qualität weiter verbessern, die Effizienz steigern und die Kosten senken. Wie bei allen Automatisierungstools hängt ihre Gesamteffektivität jedoch von der Auswahl der richtigen Anwendung und der vorausschauenden Planung ab.
Trotz des Hypes haben kollaborative Roboter Vor- und Nachteile, die Fertigungsingenieure sorgfältig abwägen müssen. Die Technologie ist interessant, aber für bestimmte Anwendungen nicht ideal. Zwei Nachteile sind beispielsweise die begrenzte Hubkapazität und geringere Arbeitsgeschwindigkeiten.
Nach Angaben der International Federation of Robotics wächst die Nachfrage nach kollaborativen Robotern jährlich um 60 %. Bis 2025 werden kollaborative Roboter voraussichtlich 34 % aller Roboterverkäufe ausmachen, heute sind es weniger als 5 %.
Die Beschäftigungsumfrage 2018 von ASSEMBLY bestätigt diesen Trend. Mehr als ein Drittel (38 %) der Monteure planen, in den nächsten 12 Monaten kollaborative Roboter einzuführen. Das sind 7 Prozentpunkte mehr als im Jahr 2017 und 12 Prozentpunkte mehr als im Jahr 2016.
Da die nächste Generation kollaborativer Roboter so flexibel ist und praktisch keine Sicherheitsbarrieren benötigt, setzen viele Hersteller sie ein. Diese Maschinen sind besonders für kleine Unternehmen attraktiv. Beispielsweise planen 21 % der Hersteller mit weniger als 50 Mitarbeitern, diese Technologie in den nächsten 12 Monaten einzuführen. Das sind 8 Prozentpunkte mehr als im Jahr 2017.
Ryan Whitton, Forschungsanalyst bei ABI Research, sagte: „Kleine und mittlere Hersteller steigern die Nachfrage nach kollaborativen Robotern. Dies wird durch den Bedarf an Fertigungslösungen angetrieben, die keine großen Investitionen in Kapitalausrüstung erfordern.“ große Roboterarme. Dazu gehören Aufgaben wie Maschinenwartung, Qualitätskontrolle und Beleuchtungsmontage. "
Laut Whitton benötigen kleine Hersteller flexible Automatisierungslösungen, die sich einfach und schnell an sich ändernde Anforderungen anpassen lassen. „Sie brauchen Systeme, die sich einfach und schnell programmieren lassen und viele Arten von Automatisierungsaufgaben unterstützen“, stellt er fest. „Kollaborative Roboter sind genau das Richtige.“
Whitton prognostiziert, dass die Lieferungen kollaborativer Roboter in den nächsten sieben Jahren um 50 % wachsen werden, während die Lieferungen traditioneller Industrieroboter um 12 % zunehmen werden. Und der weltweite Umsatz mit diesen Maschinen wird bis 2025 von heute 292 Millionen US-Dollar auf über 1 Milliarde US-Dollar steigen.
Diese wachsende Nachfrage ist auf kürzere Produktlebenszyklen und den zunehmenden Einsatz von Kleinserien- und Mischproduktionsprogrammen anstelle von Großserien- und Kleinserienproduktion zurückzuführen.
„Hersteller benötigen flexiblere Automatisierungslösungen, um sich schnell und effizient an den Markt anzupassen“, sagte Nicholas De Keyser, Manager für Robotermontage und -prüfung bei ABB. „Die Fertigung wird immer spezialisierter und unvorhersehbarer, was die Automatisierung schwieriger macht.
„Kollaborative Automatisierung ermöglicht die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern, wodurch die Produktion flexibler wird und gleichzeitig Sicherheit und Produktivität erhalten bleiben“, erklärt De Keyser. „Dies erhöht die Flexibilität in der Fertigung, da Menschen und Roboter gemeinsam an Aufgaben arbeiten können, für die bisher Schutzbarrieren und Käfige erforderlich waren.“
„In der Vergangenheit bedeutete die Montage großer Mengen kundenspezifischer Produkte oft mühsame, heikle und sich wiederholende Arbeiten“, sagt De Keyser. „Mit kollaborativen Robotern wie unserem YuMi können sich Menschen auf sinnvollere kognitive Aufgaben konzentrieren, während Roboter für unermüdliche Präzision und Ausdauer sorgen.“
„YuMi kann auf jeder Workstation im Werk installiert und bei Bedarf ohne die Einschränkungen herkömmlicher Sicherheitsbarrieren neu verteilt werden“, sagte De Keyser. „Dies erhöht die Flexibilität und Agilität der Produktion und ermöglicht häufigere Umstellungen.“
Kollaborative Roboter tauchen in Branchen und Anwendungen auf, die in der Vergangenheit auf manuelle Montagelinien angewiesen waren.
„Viele Unternehmen versuchen, einige ihrer Produktionslinien durch Automatisierung zu verbessern“, sagte Blanchette. „Sie möchten einige Bereiche angehen, in denen es ergonomische oder qualitative Probleme geben könnte. Sie können Cobots hinzufügen, ohne die Konfiguration der Montagelinie zu ändern.“
Allgemeine Teilebearbeitungsanwendungen sind ideal für kollaborative Roboter. Kleine Aufgaben wie das Sortieren von Teilen oder das Beladen einer Presse sind ein guter Anfang.
„Jede Montageaufgabe, die drei Hände erfordert, wobei der Cobot als menschlicher Assistent fungiert“, erklärt Blanchett. „Zum Beispiel kann eine Maschine schwerere Teile tragen, während Menschen Schraubenzieher verwenden, um Komponenten zu verbinden.“
„Bei Anwendungen mit kurzen Lebenszyklen ermöglichen kollaborative Roboter den Herstellern, sehr schnell auf neue Produkte umzusteigen“, sagte Blanchette. „Wir sehen auch eine erhöhte Nachfrage nach kollaborativen Robotern in Unternehmen mit höherer Mitarbeiterfluktuation und in Regionen mit starkem Arbeitskräftemangel.“
„Wir sehen eine erhöhte Nachfrage von Vertragsherstellern, insbesondere von Unternehmen mit Sitz in China und Mexiko“, sagte Samir Patel, Direktor für Produkt- und Anwendungsentwicklung bei Kawasaki Robot America, das die Maschinen an Fabriken anderswo weitervertreibt.
„Ein Unternehmen, das beispielsweise von einem Leiterplattentyp oder einer anderen Leiterplattengröße wechseln möchte, nimmt einfach unseren DuAro-Roboter ab und schickt ihn zum nächsten Montageband“, erklärt Patel. „Sie können denselben Roboter an einer Montagelinie verwenden und ihn später am Tag problemlos an einer Inspektionslinie wiederverwenden, wo der Roboter Leiterplatten in eine Inspektionsmaschine lädt und entlädt.“
„Wir haben auch gesehen, wie unsere Cobots beim Zusammenbau von Zahnrädern für Computerdrucker und kleinen Lüftereinheiten zur Kühlung elektronischer Geräte eingesetzt wurden“, fügt Patel hinzu. „Roboter arbeiten Seite an Seite mit Menschen und helfen Menschen bei sich wiederholenden Aufgaben, die möglicherweise schwierig zu erledigen sind.“
„Die Wiederholgenauigkeit unserer zweiarmigen Gelenkmaschine kommt der eines sechsachsigen Roboters nahe“, sagte Patel. „Wir haben uns entschieden, dieses Problem bei der Konstruktion des Roboters zu lösen. Dadurch eignet sich die Maschine besonders für Schraubaufgaben wie die Tablettenmontage.“
„In einem Fall wurde ein Arm der Maschine als Vorrichtung verwendet, während der andere Arm kleine 3-mm-Schrauben einführte und festzog, die präzise positioniert werden mussten“, sagt Patel. „Unser Roboter dient auch dazu, die Platine im Inneren des Gehäuses zu befestigen. Eine Hand bewegt die Platine auf das Gehäuse, während die andere Hand die einzelnen Schrauben einführt und mit einem automatischen Schraubenzieher festzieht.“
Kollaborative Roboter werden auch als mobile Robotersysteme eingesetzt, die überall und jederzeit durch Montagelinien navigieren und Abfüllvorgänge durchführen können. Diese Strategie wurde kürzlich im Stäubli-Werk für elektrische Steckverbinder in Allschwil, Schweiz, umgesetzt, wo die Montagelinie mit vollautomatischen und manuellen Arbeitsplätzen ausgestattet ist.
Die mobile Plattform HelMo ist mit einem kollaborativen Stäubli TX2-Roboter mit einer maximalen Tragfähigkeit von 15 kg und einem Bewegungsbereich von 1200 mm ausgestattet. Touch-Oberflächen stoppen sofort ihre Bewegung, wenn sie in direkten Kontakt mit einer Person kommen. Autonome Roboter navigieren autonom zu bestimmten Arbeitsplätzen und werden langsamer oder stoppen, wenn Menschen zu nahe kommen.
HelMo positioniert sich selbst mit einer Genauigkeit von 0,1 mm und kalibriert seine Position mithilfe von drei fest am Arbeitsplatz installierten Messpunkten. Über einen Mehrfachstecker wird er an feste Strom- und Druckluftanschlüsse angeschlossen und beginnt dann seine Bewegung.
„Heute kann die Maschine Steckergehäuse und Kontaktstifte montieren, morgen kann sie in anderen Phasen des Montageprozesses eingesetzt werden“, sagt Olivier Cremoux, Business Development Manager bei der Stäubli AG. „HelMo wird nicht mehr als Roboter gesehen, sondern als Assistent, der flexibel genug ist, um dort zu helfen, wo es nötig ist.“
„Ziel ist … der Einsatz von Robotern als flexible Alternative, um die Verfügbarkeit gemischter Montagelinien zu erhöhen oder Nachfragespitzen zu decken“, erklärt Cremu.
Einer der Gründe, warum kollaborative Roboter für viele Hersteller attraktiv sind, liegt darin, dass sie oft weniger kosten als herkömmliche Roboter. Außerdem haben sie tendenziell eine schnellere Amortisationszeit und Kapitalrendite, da sie flexibler sind und sich leicht in bestehende Montagelinien integrieren lassen.
„Wir erwarten normalerweise eine Kapitalrendite von weniger als neun Monaten“, sagt Moore von Universal Robots. „Angesichts aller versteckten Kosten, die mit herkömmlicher Robotik verbunden sind, sowie der potenziell höheren Betriebszeit von neu eingesetzten kollaborativen Robotern haben wir festgestellt, dass sich die Investition oft sehr schnell amortisiert. In unserem überzeugendsten Beispiel (in der Regel geht es um Spritzguss) berichten Kunden.“ . Drei-Monats-ROI.
„Bei den meisten wiederholbaren Prozessen wird die Automatisierung konsistenter und zuverlässiger sein als der Mensch“, sagte Moore. „Während die meisten Cobot-Anwender den ROI anhand der Arbeitskosten und Produktivitätssteigerungen messen, stellen viele Hersteller nach der Installation von Cobots auch Qualitätsverbesserungen fest. Dadurch wird Arbeitskraft frei, um andere Bereiche des Werks zu bewerten und zu verbessern, dann zusätzliche Automatisierung zu schaffen und Abfall zu reduzieren.“
Kollaborative Technologien können auch Produktionslinien optimieren und so intelligentere, funktionalere Fertigungslayouts ermöglichen. Kollaborative Roboter können problemlos und ohne nennenswerte Neukonfiguration in bestehende Montagelinien implementiert werden.
„Der Platzbedarf ist kleiner, weil man nicht alle Sicherheitsvorrichtungen und Barrieren benötigt, die normalerweise mit fester Automatisierung verbunden sind“, sagt Fitzgerald von Rethink Robotics. „Im Gegensatz zu großen herkömmlichen Roboterarbeitszellen erfordern kollaborative Roboter keine umfassende Vorplanung.
„Es hilft Ihnen, schneller voranzukommen“, sagte Fitzgerald. „Wenn man bei der Planung etwas nicht berücksichtigt hat, kann man das durch die Flexibilität des Roboters ausgleichen.“
Kollaborative Roboter ermöglichen Ingenieuren die schnelle und einfache Automatisierung von Montageanwendungen, die ein hohes Maß an Mensch-Maschine-Interaktion erfordern. Sicherheitsprobleme können jedoch nicht ignoriert werden.
„Der einzige wirkliche Nachteil kollaborativer Roboter besteht darin, dass viele Menschen denken, sie seien von Anfang an ‚sicher‘“, sagte Corey Ryan, nordamerikanischer Manager für medizinische Robotik bei KUKA Robotics.
„Die Realität ist, dass Roboter nur ein Teil des Systems sind und das gesamte System vor der Implementierung einer gründlichen Risikobewertung bedarf“, warnte Ryan. „Zum Beispiel ist ein kollaborativer Roboter mit einer Bohrmaschine am Ende von Natur aus unsicher, ohne zusätzliche Sicherheitssysteme, die die Bohrmaschine stoppen können, bevor Menschen zu nahe kommen.“
„Viele Unternehmen kaufen kollaborative Roboter, weil sie denken, dass sie typische Sicherheitsvorkehrungen beseitigen können“, fügte Rick Brookshire, Gruppenproduktmanager bei Epson Robotics, hinzu. „Wenn die Risikobewertung jedoch stimmt, muss der Roboter aufgrund der Art der Anwendung häufig auf herkömmliche Schutzmaßnahmen wie Lichtvorhänge zurückgreifen. Ein sicherer Roboter bedeutet nicht gleich eine sichere Anwendung.“
„Gehen Sie nicht davon aus, dass Sie mit einem Cobot alle Wachen und anderen Sicherheitsmaßnahmen beseitigen können“, fügt Ed Roney, National Account Manager und autorisierter Systemintegrator bei FANUC America Corp. hinzu. „Ein weit verbreitetes Missverständnis ist, dass eine Risikobewertung für a nicht erforderlich ist.“ Cobot. Anwendungen.
„Wenn Menschen in der Automatisierung arbeiten, müssen sie sich der Gefahren bewusst sein, denen sie begegnen können“, sagt Roney. „Sind die Teile zum Beispiel scharf oder haben scharfe Kanten, die ein Sicherheitsrisiko darstellen könnten?“
Eines der Hauptargumente gegen kollaborative Roboter ist, dass die Maschinen Geschwindigkeit zugunsten der Sicherheit opfern. Um Kraft und Impuls zu begrenzen, müssen Cobots mit niedrigeren Geschwindigkeiten arbeiten als andere Robotertypen.
Wenn es um kollaborative Roboter geht, müssen Ingenieure einige Leistungseinschränkungen berücksichtigen. Irgendwann werden traditionelle Maschinen wie Delta-Roboter, Sechs-Achs-Roboter oder SCARA-Roboter die besten Automatisierungsoptionen sein.