• ABB Yumi Cobot, Bild: ke NEXT / jl

    Der erste kollaborative Roboter von ABB hört auf den Namen Yumi und hat zwei Arme. Das neuste Modell der Serie hat lediglich einen Arm. Bild: ke NEXT / jl

  • Fanuc kollaborativer Roboter, Bild: Fanuc

    Fanuc versteckt unter einer grünen Hülle, die seine Roboter zu kollaborativen Modellen macht, die Technik ihrer typischen gelben Roboter. Bild: Fanuc

  • LBR iiwa von Kuka, Bild: Kuka

    Beweglich wie ein menschlicher Arm gibt sich der Leichtbauroboter LBR iiwa von Kuka, der direkt mit dem Menschen zusammenarbeiten darf. Bild: Kuka

  • Yaskawa Motoman HC10, Bild: Yaskawa

    Der Motoman HC10 ist der kollaborative Roboter aus dem japanischen Hause Yaskawa. Bild: Yaskawa

Denkt man an die weltgrößten Hersteller von Industrierobotern, fällt einem in Deutschland zunächst der Riese in Orange, Kuka, ein. Geht man jedoch nach der Anzahl der Roboter, die die Hersteller bereits ins Feld gebracht haben, fällt der Weltmarktführer vielmehr durch die Farbe Gelb auf. Die Rede ist vom japanischen Unternehmen Fanuc. Möchte man sich über Industrieroboter informieren, landet man schnell bei den Asiaten. Dort sitzen die weltweit etablierten Robotikgrößen. Oder konkreter: Sie sitzen in Japan. Das Land ist unangefochtener Rekordhalter bei der Produktion von Robotern für den Einsatz in der Industrie. 153.000 Exemplare hat das Land 2016 hergestellt, so die Statistik der International Federation of Robotics (IFR). Und damit konnte mehr als die Hälfte (52 Prozent) des globalen Bedarfs gedeckt werden.

Die Gelben aus Japan

Damit zunächst zu den Eckdaten, mit denen es Fanuc an die Weltspitze geschafft hat: Die weltweit installierte Basis aller Roboter des Herstellers umfasste 2016 (nach einer Recherche der Fachzeitschrift Automation) 420.000 Industrieroboter, durch die das Unternehmen im gleichen Jahr einen Umsatz von 1,6 Milliarden Euro erwirtschaften konnte. Das Sortiment umfasst mehr als 100 Modelle für die verschiedensten Branchen. Das Spektrum reicht von kleinen Scara-Robotern bis hin zu richtigen Roboter-Riesen für Nutzlasten bis zu 2,3 Tonnen und Reichweiten bis zu 4,7 Metern.

In die kollaborierende Robotik ist Fanuc vor rund drei Jahren ebenfalls eingestiegen und das gleich mit dem Modell CR-35iA, das mit 35 Kilogramm branchenweit mit der größten Nutzlast arbeiten kann. Vorgestellt wurde der Cobot damals in einer Applikation bei der er die Ersatzreifen in den Kofferraum von Neuwagen platzierte.

Während Fanuc-Roboter traditionell knallgelb sind, hat man sich für die Cobots für die vertrauenserweckende Farbe Grün entschieden – und doch: im Inneren steckt von technischer Seite her ein gelber Fanuc-Roboter, unter anderem die standardmäßige Fanuc-Schnittstelle des LR Mate. Hinzu kommen eine grüne Haut und die Sensorik, die ihn zu einem kollaborativen Roboter macht. Mittlerweile hat der CR-35iA zwei Geschwister, die mit 7 und 4 Kilogramm im Bereich der niedrigeren – und damit für Cobots typischeren – Nutzlasten angesiedelt sind. Die Version CR-7iA ist vorgesehen für die Maschinenbeschickung und Palettieraufgaben. Die kleinste Version ist für den direktesten Kontakt mit menschlichen Kollegen vorgesehen, zum Beispiel wenn der Roboter Werkstücke anreicht, die dann ein Werker einer Qualitätskontrolle unterzieht.

Ein weiterer Japaner an der Weltspitze

Auch die installierte Basis von Yaskawa kann sich sehen lassen: 385.000 Industrieroboter hat das Unternehmen bis 2016 ins Feld gebracht. Und damit ist auch die Nummer 2 ein Japaner. Der Umsatz mit Industrierobotern lag im gleichen Jahr bei 1,2 Milliarden Euro.

Auch hier umfasst das Portfolio diverse Roboterarten, die bei kleineren High-Speed-Robotern etwa für die Kommissionierung anfangen, dann aber auch den größten Palettierroboter auf dem Weltmarkt umfassen, den Motoman MPL800II 4-Achs-Roboter. Er schafft eine Traglast von 800 Kilogramm und hat eine Reichweite von 3.159 Millimetern. Die größten Hersteller haben also auch die größten Roboter im Programm. Eine weitere Besonderheit des Motoman-Portfolios des Unternehmens sind flinke 15-Achsige-Dual-Arm-Roboter, die durch ihre menschenähnlichen Freiheitsgerade bestimmte Montageaufgaben übernehmen können, sowie Teileübergaben, Maschinenbeschickung und verpacken können.

2016 hat Yaskawa seinen Cobot Motoman HC10 als Prototyp vorgestellt. Der kollaborative Roboter entspricht nicht nur den Vorgaben der Europäischen Maschinenrichtlinie. Seine Steuerung YRC1000 mit FSU- und PFL-Platine erfüllt auch mindestens den Performance Level (PL) „d“ Kategorie 3 nach DIN EN ISO 13849-1 und übertrifft damit die Standardvorgaben. Aus Sicht der deutschen und europäischen Sicherheitsnormen kann er als Roboter mit Leistungs- und Kraftbegrenzung in der 4. Kollaborationsart gemäß der technischen Spezifikation ISO TS15066 eingesetzt werden. Das bedeutet: Es muss sichergestellt sein, dass bei einem Kontakt zwischen Roboter und Person bestimmte Belastungskenngrößen nicht überschritten werden. Hierbei hilft beim HC10 eine 6-fache Kraft- und Momentenüberwachung.

Sowohl in Japan als auch in den USA und Europa sind inzwischen einige dieser Cobots, die eine Reichweite von 1,2 Metern abdecken und ein Handhabungsgewicht von 10 Kilogramm schaffen, bei Kunden im Einsatz. Hauptsächlich jedoch noch im Versuchsumfeld. Allerdings werden schon erste Montage-Plätze von Platinen damit ausgestattet. Darin werden Kabelverbindungen „mit Gefühl“ auf die Platine gesteckt.

Aber das ist dem Hersteller nicht genug. Wer denkt, dass er sich damit einen langsamen Cobot in die Fabrik holt, der dann die Anforderungen vielleicht doch nicht erfüllen kann, hat sich getäuscht: Als hybrider Roboter lässt sich der Motoman HC10 nicht nur im kollaborativen Betrieb einsetzen, sondern auch als vollwertiger Industrieroboter. Wenn also kein direkter Kontakt mit dem Nutzer erforderlich ist, kann der Roboter in voller Geschwindigkeit gefahren werden. Damit ist er sehr nah an den herkömmlichen Industrierobotern angesiedelt.

Aktuell arbeitet man bei den Japanern an einer Lösung, die es möglich machen soll, den Roboter einfacher in Betrieb zu nehmen. Dazu sollen die Programmierung und die Bedienung leichter werden. Damit sollen dann einfache Aufgaben auch von wenig geübten Mitarbeitern programmiert werden.

In der Schweiz hebt man Tonnen-Lasten

Sucht man den drittgrößten Roboterproduzenten, geht die Reise auch schon nach Europa, in die Schweiz. ABB hat sich seine Position mit einer installierten Basis von aktuell mehr als 300.000 Robotern erarbeitet. Zusammengesetzt ist diese weltweit operierende Flotte aus 6-Achsern, Palettier-, Lackier, Delta- und Scara-Robotern. Der Größte bei ABB ist der 6-Achser IRB 8700, der eine Nutzlast von 800 Kilogramm schafft – also die Kragenweite des größten Yaskawa-Motomans – nur, dass der ABB-Roboter bei geneigtem Handgelenk sogar eine Tonne heben kann. Dazu gibt das Unternehmen an, sei er auch noch um 25 Prozent schneller, als andere Roboter seiner Klasse. Ein flinker Koloss also.

Und seit 2015 ist auch der unverzichtbare kollaborative Roboter dabei, der IRB 14000. Viel schöner ist aber sein Spitzname: Yumi, eine Art Wortspiel aus You and Me, Du und Ich, also eine Anspielung auf die Zusammenarbeit, die er mit seinen menschlichen Kollegen eingehen soll. Grundsätzlich wurde er entwickelt um in der Elektronikindustrie als Automatisierungslösung in der Kleinteilmontage mitzuarbeiten. Dafür haben seine Arme jeweils sieben Freiheitsgrade und flexible Hände. Seine Handhabungskapazität liegt bei einem halben Kilogramm und seine Reichweite bei 559 Millimetern. Registriert Yumi einen unerwarteten Kontakt, zum Beispiel bei einer Kollision mit einem menschlichen Kollegen, kann er seine Bewegung binnen Millisekunden stoppen. Trotz all seiner Sicherheitsvorkehrungen kann er sich immer noch mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1.500 mm/s bewegen.

Seit Ende 2017 hat Yumi auch einen kollaborativen einarmigen Bruder, der im November auf der japanischen Robotikmesse Irex vorgestellt worden ist. Er vereint Yumis Funktionen mit einem wesentlich geringeren Platzbedarf, was ihm den Vorteil bringt, dass er sehr leicht in bestehende Montagelinien integriert werden kann. Genauso wie der zweiarmige Counterpart, kann auch die neue Version mit Lasten von 500 Gramm umgehen. Die offizielle Markteinführung soll noch 2018 erfolgen.

Robotik-Tradition aus Deutschland

Kommen wir nach Deutschland, zu Kuka. Hier liegt die weltweit installierte Basis der Industrieroboter jedoch mit knapp 200.000 schon unter der Hälfte des Weltmarktführers Fanuc. Der 2016 mit den Industrierobotern erreichte Umsatz lag mit 993,5 Millionen Euro noch knapp unter der Milliardenmarke. Auch Kuka bietet Industrieroboter in zahlreichen Varianten mit verschiedensten Traglasten und Reichweiten an. Dazu kommt natürlich auch die passende Peripherie – von Lineareinheiten bis hin zu Endeffektoren, Software und Steuerungen.

Kuka ist fast schon eine Art Traditionsunternehmen der Roboterautomation, da hier bereits seit den 70er-Jahren Roboter hergestellt werden – angefangen hatte die Geschichte der Industrierobotik schließlich erst Ende der 50er-Jahre. Und mit seinem Famulus war das Unternehmen sehr weit vorne mit dabei, denn er war der weltweit erste sechsachsige Industrieroboter, der obendrein auch noch mit sechs elektrischen Antrieben versorgt wurde. Heute beeindruckt bei Kuka vor allem der Schwerlastroboter KR 1000 titan. Er schafft Traglasten von 750 bis 1.300 Kilogramm und hat eine Reichweite von bis zu 3.601 Millimetern. Schwerlasten kann er über eine Distanz von 6,5 Meter hinweghieven, sprich Dinge wie Motorblöcke, Stahlträger, Schiffs- oder Flugzeugteile.

In den Bereich der Kollaborativen ist Kuka mit dem LBR iiwa eingestiegen – dem ersten in Serie gefertigten sensitiven, für die Mensch-Roboter-Kollaboration geeigneten Roboter. LBR – das bedeutet Leichtbauroboter. Das etwas kryptische iiwa steht für intelligent industrial work assistant. Den Cobot gibt es in zwei Ausführungen mit Traglasten von 7 und 14 Kilogramm. Mittlerweile kann der er sogar mobil in Fabriken unterwegs sein. Da wird dann aus dem LBR ein KMR iiwa, ein Kuka Mobile Robotik iiwa. Er sitzt auf einer mobilen, flexiblen Plattform und kann somit immer dort für die Automatisierung von Aufgaben eingesetzt werden, wo dies gerade nötig ist. Auf neue Aufgaben kann er durch ein handgeführtes Teaching sowieso schnell eingelernt werden.

Mit diesen Robotern hat das Unternehmen den Grundstein für die sensitive und sichere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine gelegt. Heutzutage arbeiten beide vor allem in Bereichen zusammen, die heute noch nicht oder kaum automatisiert sind. Kuka nennt als Beispiel die Endmontage im Automobilbau. LBR iiwa und Mitarbeiter ergänzen sich dabei mit komplementären Fähigkeiten: Der Roboter unterstützt mit Kraft und Wiederholgenauigkeit, der Arbeiter punktet mit menschlicher Kreativität, Erfahrung und Improvisation.

Bei der Mensch-Roboter-Kollaboration der Zukunft, so die Einschätzung des Unternehmens, wird der Roboter jedoch nicht mehr nur im industriellen Umfeld assistieren, sondern sich zum alltäglichen Begleiter des Menschen entwickeln. Daher ist ein Thema vorherrschend, das für viele Unternehmen im Vordergrund steht. So weiß auch Kuka, dass alle Schnittstelle vereinfacht werden müssen – ob für Programmierung, Inbetriebnahmen, Bedienung, Analyse oder Service. Denn eines liegt für das Unternehmen auf der Hand: Das rasante Wachstum flexibler, sensitiver und vernetzter Produktionssysteme kann nur gelingen, wenn immer mehr Menschen diese Systeme einfach bedienen können. Hierzu möchte der Hersteller noch 2018 neue Lösungen vorstellen, die sowohl den Bereich der Cobots für das industrielle Umfeld abdecken, als auch über das industrielle Umfeld hinausgehen.

Wo geht es in Zukunft hin?

„In Zukunft geht es um mehr als nur darum, Arbeitsschritte zu automatisieren. Für die Herausforderungen der Zukunft müssen Unternehmen über die bisherigen Automatisierungslösungen hinausgehen“, heißt es bei Kuka. Damit gemeint sind der Einzug von Künstlicher Intelligenz, Vernetzung und Deep Learning in das industrielle Umfeld.

Für Yaskawa sind die Schlagworte der Zukunft „Built-to-Order“, „Remote Monitoring“ und „Customised Production“, die in der Industrie 4.0 noch stärker an Bedeutung gewinnen als bisher. Die Rede ist davon, komplexe Produkte in Losgröße 1 sowie Kleinstserien umzusetzen, was für die Automatisierung entsprechender Prozesse und damit der Roboter allerdings eine enorme Herausforderung bedeutet. So muss die Produktionslinie hochflexibel sein, um Layout und Funktion auf ein neues Produkt zu ändern. Einer solchen Individualisierung von automatisiert hergestellten Produkten standen bislang die hohen Lohnstückkosten entgegen. Abhilfe schaffen sollen moderne Roboter, durch die sich unterschiedliche Produktvariationen ohne abnehmende Skalenerträge in den normalen Herstellungsprozess einbinden lassen.

Yaskawa sieht auch, dass in Zukunft über den reinen Roboter an sich hinausgegangen werden muss. Lange mussten beide Welten, Roboter- und Maschinensteuerung, getrennt voneinander programmiert, gesteuert und gewartet werden. Dieses konventionelle Zusammenspiel von Robotern und Maschinen ist immer noch möglich, aber angesichts neuer technischer Entwicklungen inzwischen überholt. So bietet Yaskawa eine Alternative: Über MotoLogix lassen sich Motoman-Roboter im gängigen IEC-61131-Umfeld schnell und unkompliziert über die SPS programmieren und steuern. Der nächste Schritt bei der Umsetzung von integrierten Steuerungskonzepten ist dann noch das vernetzte Management von Anlagen und Prozessen. Aktuell arbeitet Yaskawa in Japan und Europa an entsprechenden integrierten, softwarebasierten Lösungen.

Der Roboter wird also mehr und mehr in das bestehende Umfeld integriert. Yaskawa sieht dies zunächst im Industrieumfeld. Kuka geht bei einem Blick in die Zukunft einen Schritt weiter. Für unsere Kinder und Enkelkinder werden Roboter zum Alltag, so die Einschätzung von Kuka. Sie werden so normal werden, wie für uns heute Smartphone und Internet. Heute hat jeder einen Mini-Computer als permanenten Lebensbegleiter. In der Robotik werden wir eine ähnliche Entwicklung haben. Roboter werden uns immer mehr im Alltag unterstützen. Heute sind sie vor allem im industriellen Umfeld aktiv. Die Felder der Zukunft werden auch im Bereich Servicerobotik, Logistik, Gesundheitswesen liegen.

Bisher waren Roboter repetitiv, haben mit der immer gleichen Präzision und Wiederholgenauigkeit gearbeitet. Die Anforderungen der Zukunft sind andere – gerade im Bereich professioneller Servicerobotik. Aber: Wenn Roboter in andere Bereiche vordringen wollen, müssen sie flexibler werden. Dabei kann maschinelles Lernen helfen. Das wird alles nicht plötzlich kommen, vielmehr ist ein gleitender Automatisierungsgrad sinnvoll.