Manipulatoren und Roboterarme: Die wichtigsten Trends 2019

Der Trend zu immer kleineren Manipulatoren und Steuerungen, die für noch mehr Flexibilität speziell bei Handlingaufgaben sorgen, setzt sich kontinuierlich fort“, erklärt Richard Tontsch, Marketing Manager der Robotics Division bei Yaskawa Europe. Bei gleichbleibender Nutzlast werde der Roboter immer leichter und kompakter und lässt sich so in mehrere und unterschiedlich große Zellen einbauen. Dem pflichtet auch Philipp Unterhalt, Interim-CEO von Rethinks Robotics und Managing Director der Hahn Group bei: „Es sind vor allem die breiteren Einsatzmöglichkeiten in Verbindung mit überschaubaren Investitionen. Sie ermöglichen jetzt die Automatisierung von Anwendungen, die bisher ausschließlich manuell ausgeführt wurden.“

Vor allem wenn Programmierung und intuitive Bedienung noch stärker verbunden werden, kann das Potenzial der sogenannten Cobots weiter ausgeschöpft werden. „Deshalb adressiert unsere Intera-Software-Plattform mit ihrer grafischen Nutzeroberfläche und dem Train-by-Demonstration genau an diesen Bedarf“, so Unterhalt weiter. „Wir sehen, dass es Anwendern mehr und mehr um Einfachheit geht“, bekräftigt auch Dr. Jens Kotlarski, Geschäftsführer des Start-ups Yuanda Robotics und ergänzt, dass vor Kurzem der Roboter noch ein Drittel der Gesamtkosten einer Automatisierung ausgemacht habe, die übrigen zwei Drittel waren für die Inbetriebnahme erforderlich. „Heute will niemand viel Zeit auf die Inbetriebnahme und gar Umprogrammierung verwenden. Deshalb fließen immer mehr Intelligenz und menschliche Sinne in die Systeme, die damit auf Veränderungen innerhalb der Applikation und in der Umgebung eigenständig reagieren können.“ Das ist auch ein Grund, weshalb viele Systeme außerhalb der Industrie eingesetzt werden und neue Märkte erobern. Robotik soll Spaß machen, funktionieren und darf laut Kotlarski auch gerne cool aussehen.

Um wettbewerbsfähig zu bleiben, werden seit Jahren weltweit viele Prozesse zunehmend automatisiert. Aktuell noch bestehende Hemmschwellen werden vor allem durch immer bessere Bedienbarkeit abgebaut. „Dadurch werden die neuen Systeme auch für kleine und mittelständische Unternehmen und sogar Kleinstunternehmen interessant“, betont Jens Kotlarski. „Durch den Siegeszug der kollaborierenden Roboter bekommen diese Unternehmen erstmals die Möglichkeit, von der Automatisierung zu profitieren, ohne horrende Investitionssummen zahlen und ohne externe Experten für die Roboter-Programmierung beschäftigen zu müssen“, ergänzt Helmut Schmid, Geschäftsführer und General Manager Western Europe bei Universal Robots. Nach wie vor erfordern viele Prozesse im Montagebereich das Feingefühl des Werkers.

Das ist einer der Gründe, warum hier bisher wenig automatisiert wurde. Genau dieses Feingefühl hat das Unternehmen jetzt seinen Robotermodellen der e-Series verliehen, indem es einen Kraft-Momenten-Sensor ins Roboterhandgelenk integriert hat. „Damit sind auch diese Anwendungsbereiche einfacher automatisierbar“, so Schmid. Außerdem sollen sich Roboter ohne Komplikationen in ein bestehendes Produktionslayout einfügen und überall dort unterstützen, wo wertvolle menschliche Arbeitskraft und -zeit durch monotone, repetitive Arbeiten gebunden werden. Benjamin Baumann, Portfolio Manager Handling & Machinery bei Kuka sieht dies auch als Chance, Arbeitsplätze nach Deutschland zurückzuholen. „Roboter werden mit wachsender Stückzahl günstiger. So kann sich schon nach ein bis zwei Jahren die Investition in Roboter für ein Unternehmen bezahlt machen.“ Natürlich müssen dabei auch sämtliche Arbeitsprozesse auf den Prüfstand gestellt und die Stärken von Mensch und Maschine intelligent kombiniert werden.

Kuka ist es daher wichtig, die Prozesse von Grund auf neu zu denken, statt einen manuellen Vorgang durch Maschinen eins zu eins abzubilden. Und hier ist Phantasie gefragt, weiß auch Philipp Unterhalt: „Wir bekommen regelmäßig Anfragen mit ganz konkreten Einsatzwünschen für Roboter. Beim Vor-Ort-Termin stellt sich dann oft heraus, dass es im Unternehmen weitere Tätigkeiten gibt, die sich noch besser zur Automatisierung anbieten. Die Flexibilität von Cobots hört nicht bei einer Technologie auf, sondern greift häufig auch auf das Geschäftsmodell durch.“ Deshalb bietet Hahn Robshare, ein Unternehmen in der Division Robotics der Hahn Group, ein Verleihmodell an, um Produktionsspitzen abzufedern oder den Einsatz von Robotern trotz Investitionsrestriktionen zu ermöglichen.

Bis vor wenigen Jahren wurden Industrieroboter hauptsächlich zur Automatisierung von Arbeitsabläufen eingesetzt, bei denen Geschwindigkeit und Genauigkeit im Vordergrund standen. Heute assistieren Roboter zunehmend dem Menschen ohne Schutzzaun. Daraus ergeben sich zahlreiche Herausforderungen in Bezug auf Sicherheit und Akzeptanz. Zum einen muss die Gesamtanlage mit allen Aspekten begutachtet und beurteilt werden. Und zum anderen muss die Interaktion des Menschen mit der Anlage über die Technologie so abgesichert sein, dass der Mensch nicht zu Schaden kommen kann. „Wenn wir über autonome und selbstlernende Systeme sprechen, dann müssen diese selbstverständlich – wie aktuelle Systeme auch – im Rahmen bestehender Normen operieren“, ist Richard Tontsch überzeugt. Auf dem Weg dorthin müssen die Systeme jedoch mit unvorstellbaren Datenmengen zu allen eventuellen Ereignissen gefüttert und zusätzlich sämtliche Komponenten einer Anlage permanent überwacht werden. Am Ende wird es laut Tontsch eine Frage des Vertrauens sein, ob die Kontrolle an eine Maschine abgeben wird. Die heutige Technologie,  zumindest jene Sensorik, die in einem Roboter verbaut ist, entspricht sehr hohen Sicherheitsstandards. Die Motoman HC10-Serie von Yaskawa wie auch der LBR iiwa von Kuka erfüllen beispielsweise das Performance Level PLd Kat 3 nach DIN EN ISO 13849-1, die DIN EN ISO 10218-1 und TS15066.

Auch Benjamin Baumann unterstreicht: „Die Königsdisziplin und die eigentliche Mensch-Maschine-Kollaboration ist die Kollisionsbeherrschung durch Leistungs- und Kraftbegrenzung. Hier kann der Roboter mit dem Menschen interagieren, der Mensch kann den Roboter gefahrlos berühren oder mit der Hand führen.“ Über Funktionen wie Sichere Kollisionserkennung oder Sichere Kraftüberwachung wird gewährleistet, dass im Kollisionsfall Kräfte und Drücke in allen Betriebssituationen unterhalb definierter, ungefährlicher Grenzwerte bleiben. Kuka hat sich diese Sicherheitsfunktionen nach DIN EN ISO 13849 PLd Kat3 und DIN EN 62061: SIL 2 zertifizieren lassen. Die Sicherheitsfunktionen setzen sich aus Teilkomponenten wie Sensor, Auswerteelektronik, Kommunikation und Steuerung zusammen. Alle Komponenten tragen zur Sicherheitsfunktion bei und sollten zertifiziert sein. „Damit die Risikobeurteilung einfach und schnell durchgeführt werden kann, haben wir bei unserer e-Serie 17 Sicherheitsfunktionen vom Tüv zertifizieren lassen. Das ermöglicht Systemintegratoren einen schnelleren Projektabschluss und Anwendern eine schnellere Amortisierung ihrer Applikation“, fasst Helmut Schmid das Ganze noch einmal zusammen.

Je leichter sich Roboter bedienen und programmieren lassen, desto höher ist außerdem deren Akzeptanz durch die Werker. „Für uns soll der Roboter so einfach und verständlich wie ein Akkuschrauber sein. Software und Bedienung sind der Schlüssel und das Design ist die Basis“, hebt Jens Kotlarski hervor. Da es um Interaktion von Mensch und Maschine geht, soll bereits optisch suggeriert werden, wo man anfassen kann und wo es Interaktionsmöglichkeiten direkt am System gibt. Das System von Yuanda Robotics kann laut Kotlarski auch als Springer agieren: Über die integrierte Bildverarbeitung ist eine Lokalisierung möglich. Wird das System an einen Arbeitsplatz geschoben, der bereits in Betrieb genommen wurde, erkennt es die Situation und legt einfach los.

„Im Bereich der kollaborativen Robotik legen die Anwender großen Wert auf einfache Installation und intuitive Bedienbarkeit“, bestätigt auch Helmut Schmid. Deshalb hat die e-Serie von Universal Robots eine komplett überarbeitete Nutzeroberfläche, die den Weg zur eigenen Applikation noch einfacher und kürzer gestaltet. Gleichzeitig verfolgt das Unternehmen den Weg, Robotik-Komponenten wie Greifer, Vision-Systeme, Software und Zubehör von verschiedenen Herstellern als Plug-and-Play-Produkte für UR-Roboter verfügbar zu machen. „Zudem befürworten wir auch eine roboterherstellerübergreifende Vereinheitlichung der Schnittstellen“, so Schmid weiter. Bei Yaskawa kann der HC10DT direkt über den Roboterarm programmiert werden. Möglich macht dieses Easy Teaching eine spezielle Switch-Box mit Funktionstasten. Darüber hinaus liegt mit dem Smart Pendant nun ein neues Programmiergerät vor, das für alle Motoman-Roboter mit YRC1000- oder YRC1000micro-Steuerung verfügbar ist. So muss sich der Anwender vor allem immer weniger Daten merken, wie zum Beispiel Befehle, Werte und den gesamten Bedienungsablauf.

„Wir nehmen für unseren Cobot Sawyer eine sehr hohe Akzeptanz durch den Bediener wahr. Dies ist zum einem dem entsprechend ausgelegten Design geschuldet, zum anderen dem führenden User-Interface, welches die Bedienung annähernd intuitiv macht“, stellt Philipp Unterhalt fest. Insbesondere die einfache Programmierung und Benutzerfreundlichkeit auf Basis von Intera schaffe Flexibilität. Und durch kurze Programmier- und Rüstzeiten lohne sich eine Automatisierung auch für kleine Losgrößen. „Da mehrere Programme gespeichert werden können, kann der Roboter vormittags die eine und nachmittags eine andere Aufgabe verrichten und so auch die individuellen Anforderungen kleinerer Betriebe erfüllen“, berichtet Unterhalt weiter.

Früher mussten die Applikation und die Handlingkomponenten auf ein bestimmtes Bauteil ausgelegt und programmiert werden. In Zeiten von Industrie 4.0 und digitalen Zwillingen wissen die Systeme, welche Eigenschaften das Bauteil hat, das es als nächstes greifen soll. „Das kann sogar so weit gehen, dass man einem Roboter künftig nur noch sagt, welche Aufgabe er in welcher Performance erledigen soll – denn auch ein Roboter muss sich ja nicht unnötig verausgaben“, sagt Benjamin Baumann. Dies bietet nun auch die Möglichkeit, digitale Services entsprechend der bisherigen Komponenten und Systeme zu ergänzen. Die Hahn Group bietet hier Lösungen für Monitoring, Virtual Reality Service und Visual Inspection auf Basis von künstlicher Intelligenz an. Künftig soll dieser Bereich noch stärker ausgebaut werden. Voraussetzung für die Vernetzung sind zunächst Konnektivität und Vereinheitlichung von Schnittstellen und Datenformaten.

„Wenn hier eine für alle Marktteilnehmer tragbare Lösung gefunden wird, kann das der weiteren Entwicklung der Robotik noch einmal einen enormen Schub verpassen“, unterstreicht Helmut Schmid. Zunächst bieten sich mit der Standardisierung von OPC UA over TSN erste Möglichkeiten einer durchgängigen Kommunikation. Allerdings sei die Anbindung an ERP-Systeme momentan zunächst im Bereich der Service-Robotik zu sehen, meint Philipp Unterhalt. In einer Smart-Factory werde aber eine Verbindung die Voraussetzung für die Nutzung der neuen Funktionalitäten sein. Die Daten sind da, jetzt kommt es darauf an, sie zu nutzen. Deshalb ist für Helmut Schmid klar: „Egal ob Fernwartung, Predictive Maintenance oder Prozessoptimierung – die hierfür erforderlichen Daten werden heute bereits in unseren Robotermodellen gemessen.“ Weil deren Auswertung aber hohe Rechenleistungen erfordert, werde über kurz oder lang kein Weg an Cloud-Lösungen vorbei führen. Auch der neue 5G-Standard werde hier viele Türen öffnen.

Yaskawa entwickelte für vernetzte Produktionsumgebungen eine zentrale Software-Plattform, die relevante Prozess- und Systemdaten aus vernetzten Produktionsanlagen in einer skalierbaren Datenbank in Echtzeit sammelt, analysiert und für die externe Weiterverarbeitung bereithält. „Das Yaskawa-Cockpit bildet ein zentrales Element unseres Industrie 4.0-Lösungskonzepts i³-Mechatronics“, sagt Richard Tontsch. Darin verknüpft das Unternehmen klassische Mechatronik, Informations- und Kommunikationstechnologie sowie digitale Lösungen wie Künstliche Intelligenz, Big Data und das Internet der Dinge. Künstliche Intelligenz und Automatisierung allein werden jedoch immer an Grenzen stoßen. Die Kombination aus beidem hat aber großes Potenzial. Dabei setzt Kuka auf die Analyse und Verarbeitung von Daten aus der industriellen Produktion. „KI-Anwendungen brauchen nicht nur Unmengen von Daten, sondern auch die richtigen Daten. Die intelligente und sichere Verbindung aller produzierenden Maschinen ermöglicht es, die Fertigung effizienter und flexibler zu gestalten und die Qualität von Prozessen nachhaltig zu steigern“, so Benjamin Baumann. aru