Die nächste Stufe der Automation: Kollaborative Roboter

Kollaborative Roboter wie der CR-35iA oder der CR-7iA von Fanuc sind Maschinen der nächsten Automationsstufe. Ihnen wird eine tragende Rolle in der Welt der Industrie 4.0 zugetraut, wo die Lücke zwischen Handarbeit und vollautomatisierter Produktion geschlossen werden soll.

Es geht auch ein bisschen kleiner – und sehr viel praktischer, wie Projekte mit den kollaborativen Robotern von Fanuc zeigen. Diese Roboter sind – Sicherheit geht vor – ein bisschen langsamer als ihre gelben „Kollegen“, dafür kommen sie ohne Schutzzaun aus. Sie stammen, jedenfalls bei Fanuc, aus der Serie, sind mechanisch baugleich und werden programmiert wie die gelben Roboter auch.

Zu den Interessenten und Nutzern der ersten Stunde gehören Unternehmen, die das Tempo der technologischen Veränderung mitbestimmen wollen. Dazu zählen Mittelständler in der allgemeinen Industrie ebenso wie Zulieferer der Automobilindustrie. Vielen Anlagen ist gemeinsam, dass Werker und Roboter Hand in Hand arbeiten werden. Der große Vorteil solcher Anlagen ist der deutlich geringere Platzbedarf der kollaborativen gegenüber einer herkömmlichen Lösung. Im Prinzip sind die Arbeitsplätze von Mensch und Roboter klar definiert, nun aber mit Überschneidungen.

Zahlreiche Projekte sind von der Automobilindustrie angestoßen. Nicht ohne Hintergedanken war bei der ersten Präsentation des CR-35iA eine automobilnahe Applikation gezeigt worden. Nun hat Opel die ersten Roboter im kollaborativen Betrieb in der Türmontage des Insignia im Einsatz. Der Roboter hat bei dieser Anwendung die Aufgabe der Bauteilpositionierung.

Ein weiteres Anwendungsgebiet rückte schnell in den Fokus zukunftsorientierter Praktiker: die Intralogistik.

Getestet werden beispielsweise Aufgaben, wie sie Fanuc mit dem CR-35iA gezeigt hat. Dabei erledigt die eigentliche Kommissionierung ein Mensch, und das schneller und flexibler als ein Roboter – insbesondere als ein kollaborativer Roboter, der sich im gemeinsamen Arbeitsbereich mit einem Menschen eben auch nur mit Sicherheitsgeschwindigkeit bewegen darf. Die Grenzen liegen bei 250 Millimetern pro Sekunde. Kollaborative Roboter von Fanuc lassen sich im High-Speed-Modus auch mit 750 Millimetern pro Sekunde betreiben. Aber der CR-35iA hat eine Traglast von 35 kg. Das reicht, um pausenlos Kisten oder Kartons direkt neben dem Kommissionierer zu palettieren.

Wie nützlich Roboter sind oder ob gar dringender Handlungsbedarf hinsichtlich Automatisierung besteht, lässt sich durch eine ergonomische Bewertung und Gewichtung der Rahmenbedingungen ermitteln. Die Auswertung von Konzepten zur Anwendung der grünen, kollaborativen Fanuc-Roboter zeigt einen eindeutigen Schwerpunkt in der Montage. Diese Anwendungen sind bisher im Allgemeinen weit weniger automatisiert als beispielsweise der Rohbau oder das Be- und Entladen von Werkzeugmaschinen, weil man auf menschliche Fähigkeiten nicht verzichten kann oder will. All diese Fähigkeiten einem Roboter beizubringen, wäre oft unbezahlbar gewesen. Weil kollaborative Roboter unter anderen Sicherheitskriterien zu bewerten sind, kann hier und da – ganz sicher nicht überall – anders gerechnet werden.

Theoretisch von Anfang an immer ein Pluspunkt der Konzeption kollaborativer Fertigungseinheiten: die Platzersparnis. Käme man mit den Kosten für einen Schutzzaun noch irgendwie hin, ist Platz knapp, wenn Sicherheitsabstände von Mensch und Roboter eingehalten werden sollen. Simulationen per Roboguide zeigen, dass kombinierte Arbeitsplätze möglich sind. Vergleichsweise einfach in den Griff zu bekommen sind so genannte kollaborative Zellen, die „zur Außenwelt hin“ auf drei Seiten einen Schutzzaun haben und lediglich zum Werker hin offen sind. Schutzmaßnahmen wie Dual Check Safety (DCS) von Fanuc bieten den erforderlichen Schutz. Jedoch auch bei völlig ohne Zaun konzipierten Arbeitsplätzen kann DCS durch die individuelle Festlegung von Sicherheitszonen ein zusätzlicher Schutz sein.

Einfache Lösungen sind die besten

In Präsentationen wird gerne mehr Technik hineingepackt, als man in der Praxis braucht. „Weglassen“ ist einfacher, als eine Anforderung bei einer Kundenanfrage neu entwickeln zu müssen. Wer „Bin Picking“ beherrscht, dem sind auch einfache Anwendungen wie Paketestapeln zuzutrauen.

Dass bei Aufgaben, die kollaborativ gelöst werden sollen, einzelne Aspekte gewichtet werden, ist normal und unterscheidet sich lediglich im Bewertungsmaßstab von üblichen Roboteraufgaben. Dabei stehen zweifellos ergonomische Aspekte im Vordergrund. Die „klassischen“ Argumente, die für eine Automatisierung sprechen, gelten auch für Aufgaben, die mit kollaborativen Robotern gelöst werden sollen. Anfragen von Kunden unterschiedlicher Branchen zeigen, dass es meist um ergonomische Aspekte geht. Da ist der Roboter einfach kräftiger, präziser und dauerhaft gleichmäßig belastbar.

Wirkt auf den Roboter eine festgelegte Kraft, stoppt er. Wird der untere Grenzwert überschritten, stoppt er, startet aber das laufende Programm wieder automatisch. Wird jedoch der obere Schwellwert erreicht, muss der Roboter über einen der beiden Taster am Roboter manuell gestartet werden. Dieser Grenzwert beträgt 150 Newton. Programminformationen gehen bei den kollaborativen Robotern durch einen solchen Stopp nicht verloren.

Auch darüber muss gesprochen werden: Welche passiven Sicherheitsmaßnahmen bietet ein CR-35iA? Bei diesen Robotern hat Fanuc zwei Funktionen realisiert, die das Arbeiten erleichtern („Push to Escape“) oder die helfen, Verletzungen zu vermeiden („Retract Motion“). Die Funktion „Push to Escape“ gibt es auch für Standardroboter. Damit kann der Roboter wahlweise über Achse 1 zur Seite oder über Achse 2 nach oben geschoben werden. Würde der Werker zwischen einem feststehenden Körper und dem Roboter eingeklemmt, führte der Roboter eine Bewegung entgegen der bisherigen Bewegungsrichtung aus. Für zusätzliche Akzeptanz hat beim CR-35iA mit seiner durchaus imposanten Erscheinung das so genannte „Softcover“, die weiche Schutzhülle, gesorgt. Bei den neuen CR-7iA-Robotern hat man auf das Softcover verzichtet. Sie sind nur noch an der grünen Lackierung erkennbar und von den Standardrobotern der LR-Mate-Serie zu unterscheiden.

Wie konkret kollaborative Roboter in der Industrie Einzug halten, zeigt ein Stellenangebot auf dem Portal „Stepstone.de“. Dort wurde gesucht: „Entwicklungsingenieur m/w Software Kollaborative Roboter“. Und es gibt die Experten am Markt: Die Stelle beim Zulieferer ist besetzt.