Die fortschreitende Digitalisierung und Automatisierung der Produktion verändert die Arbeitswelt. In der Zukunft werden menschliche und maschinelle Fähigkeiten intelligenter kombiniert als jemals zuvor. Durch smarte Assistenzsysteme können zum Beispiel Handarbeitsplätze in der variantenreichen Montage ergonomischer und fehlerfrei gestaltet werden. Kurzum: Mit der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) wird der Roboter zum Assistenten des Werkers.

„Während einfache, repetitive und körperlich anstrengende Tätigkeiten zunehmend automatisiert werden, spielt der Mensch mit seiner besonderen Urteilsfähigkeit, Flexibilität und Kreativität auch in Zukunft die zentrale Rolle“, ist Patrick Schwarzkopf, Geschäftsführer des VDMA-Fachverbandes Robotik + Automation, welcher auch der fachlichen Träger der Automatica ist, fest überzeugt. Die Kombination von menschlichen Fähigkeiten und Robotik sei ein Erfolgsrezept und spiegele sich beispielsweise bei den deutschen Autobauern wider: Zwischen 2010 und 2015 stieg der Roboterbestand in der deutschen Automobilindustrie um 17 %, während die Beschäftigtenzahl um 13 % zunahm.

Auf den folgenden Unterseiten lesen Sie einen Ausschnitt dessen, was die Aussteller der Automatica 2016 in punkto MRK zu zeigen hatten:

Roboterarm Motoman HC10 von Yaskawa

Der neue Roboterarm Motoman HC10 von Yaskawa wurde so konstruiert, dass keine Quetschbereiche vorhanden sind. Daher benötigt er keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen, wie beispielsweise eine Schutzumhausung.

© Yaskawa

Yaskawa etwa stellte mit dem Motoman HC10 erstmals außerhalb von Japan einen kollaborierenden Roboter vor. Der in München zu sehende Prototyp mit 1,2 m Reichweite und 10 kg Handhabungsgewicht ist Yaskawa zufolge bereits gemäß der technischen Spezifikation ISO TS15066 freigegeben. Die geforderte Sicherheit im direkten Kontakt mit dem Bediener gewährleistet der HC10 durch eine Kraft-Momenten-Sensorik in allen Achsen, die eine flexible Interaktion zwischen dem Roboterarm und seiner Umgebung ermöglicht. Die Programmierung kann als ‚Easy teaching‘ mit der Smart-Hub-Funktion per Handführung erfolgen. Apropos Programmierung: Über MotoLogix lassen sich Motoman-Roboter von Yaskawa im gängigen IEC-61131-Umfeld über die SPS programmieren und steuern. Nach den Plattformen Ethernet/IP und Powerlink ist dies nun auch mit Profinet für Siemens-Umgebungen möglich.

Neue Genereation der Sechsarm-Roboter von Stäubli

Die neue Generation der Sechsachs-Roboter von Stäubli umfasst die drei Modellreihen TX2-40, TX2-60 und TX2-90 im Traglastbereich von 2 bis 15 kg mit Reichweiten von 515 bis 1450 mm.

© Stäubli Robotics

Auch bei Stäubli war MRK ein großes Thema. Erstmals zu sehen war hier die neue Generation der TX2-Baureihe. Die Besonderheit dieser Sechsachser liegt in den speziellen Safety-Funktionen der CS9-Sicherheitssteuerung, welche alle die Anforderungen der Sicherheitskategorie SIL3-/PLe erfüllen. Die TX2-Roboter verfügen zudem über einen eigenen digitalen Sicherheitsencoder pro Achse und ein integriertes Safetyboard. Um ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten, wird jede Bewegung des Roboters sensorisch überwacht. Dazu werden sämtliche Koordinaten des Roboters sowie Geschwindigkeit und Beschleunigung in Echtzeit erfasst.

Auf die Frage, warum Stäubli seine Standardmaschinen für die Mensch-Roboter-Kollaboration nutzt und auf den Bau typischer Assistenzroboter verzichtet, entgegnet Deutschland-Geschäftsführer Gerald Vogt: „Wir wollten keine teuren Spezialkinematiken für reine MRK-Anwendungen entwickeln. Solche Roboter sind in der Regel mit zu großen Einschränkungen hinsichtlich Traglast und Dynamik behaftet. Deshalb haben wir unsere Standardroboter unter Beibehaltung ihrer vollen Leistungsfähigkeit für die Zusammenarbeit mit Menschen qualifiziert.“ Den entscheidenden Vorteil dieser Strategie sieht Vogt in der Flexibilität der Roboter. So könne man mit den TX2-Sechsachsern unterschiedliche Ebenen der Mensch-Roboter-Interaktion ermöglichen, gleichzeitig seien die Maschinen aber aufgrund ihrer Performance hinsichtlich Präzision, Verfügbarkeit und Geschwindigkeit auch für alle möglichen Industrie-Einsätze unter härtesten Taktzeitkriterien erste Wahl. Und diese machen Vogt zufolge nun mal das Gros der Einsatzfälle in der industriellen Praxis aus.

Konzeptstudie KR Agilus CC von Kuka

Durch seine freie Handführung lässt sich der Roboter unter anderem ideal für Einlern-Prozesse verwenden. Möglich wird dies durch die positions- und lastabhängige Berechnung der Motorströme, die den Roboter gerade in der Schwebe halten.

© Kuka Roboter

Kuka hingegen fährt beim Thema MRK eine zweigleisige Strategie. Bereits zur Automatica 2014 hatten die Augsburger den LBR iiwa in den Fokus des Messeauftrittes gestellt - einen sensitiven und intelligenten Leichtbauroboter, der speziell für die Mensch-Roboter-Kollaboration entwickelt wurde. Zwar prägte dieser auch auf der diesjährigen Branchenschau das Bild des Kuka-Standes; daneben zeigten die Augsburger aber außerdem eine MRK-Umsetzung auf das industrielle Roboter-Portfolio am Beispiel des KR Agilus Cobotics Concept (CC). Dafür hat Kuka die KR-Agilus-Serie im Rahmen einer Konzeptstudie mit einem Kraftmomentensensor im Robotersockel ausgestattet. Der Industrieroboter kann damit Kollisionen mit dem Menschen erkennen und sensitive Aufgaben durchführen.

Zweiarmiger YuMi von ABB

Nach Überzeugung von ABB werden kollaborative Roboter wie der zwei­armige YuMi unter anderem Montageprozesse nachhaltig verändern.

© ABB

Ob beziehungsweise wie schnell sich kollaborative Konzepte in der Industrie durchsetzen, wird letztlich davon abhängen, dass die Produktivität nicht darunter leidet. Diese Befürchtung den Messebesuchern zu nehmen, hatte sich ABB mit zwei Exponaten zum Ziel gesetzt. Zum einen simulierte der schweizerisch-schwedische Konzern auf seinem Messestand eine kollaborative Montagelinie aus dem finnischen ABB-Werk für Niederspannungselektronik, wo Werker und Roboter vom Typ YuMi bereits erfolgreich Hand in Hand zusammenarbeiten. Zum anderen stellte ABB zusammen mit YuMi eine Weiterentwicklung seiner sicherheitszertifizierten Softwarelösung für die Überwachung und Kontrolle von kooperierenden Robotern vor. Die Software namens SafeMove2 verfügt über zahlreiche Funktionen – darunter sichere Geschwindigkeitsbegrenzungen, sichere Stillstandsüberwachung und sichere Achsbereiche sowie die Überwachung von Position und Orientierung – und soll damit künftig eine noch engere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter ermöglichen, indem die Roboterbewegungen auf genau das beschränkt werden, was für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist.

Last but not least kündigte ABB im Rahmen der Automatica an, eine Connected-Services-Plattform für Roboter einzuführen, mit deren Hilfe sich Störungen um bis zu 25 % verringern und Reaktionszeiten respektive Problemlösungsprozesse um bis zu 60 % verkürzen lassen sollen. Diese Services werden im Rahmen von ABB Robot-Care-Serviceverträge erhältlich sein und nutzen alle relevanten Daten aus der gesamten installierten ABB-Roboter-Basis, um die Verfügbarkeit zu erhöhen. Dr. Hui Zhang, Leiter Product Management bei ABB Robotics, hierzu: „Bislang wurden Roboter oft nur dann gewartet, wenn sie reparaturbedürftig waren oder wenn die Anzahl der Betriebsstunden dies verlangte. Jetzt können wir die Wartung auf Basis des Ist-Zustands eines Roboters durchführen und Aktivitäten priorisieren, mit denen die wichtigsten Prozesse effizient und verfügbar bleiben.“

ZDT-Tool von Fanuc

Zero Down Time, kurz ZDT: Unter diesem Kürzel führt jetzt auch Fanuc ein neues System zur vorbeugenden Instandhaltung ein. Fanuc will damit zwei Grundforderungen adressieren: die Überwachung der ‚Lebensfunktionen‘ von Robotern praktisch in Echtzeit und die Übernahme präventiver Instandhaltung der Roboter. In das ZDT-Tool eingeschlossen sind alle Achsen und Zusatzachsen, die in die Fanuc-Steuerung implementiert sind und die aus dem Controller heraus angesteuert werden. Mit ZDT werden also nicht nur Roboterachsen, sondern auch Servoantriebe in der Peripherie, Antriebe von Servoschweißzangen oder von Positioniertischen überwacht. Zur Realisierung von ZDT haben Fanuc und Cisco eine Zusammenarbeit lanciert; in den USA läuft bereits ein ZDT-Pilotprojekt bei einem Automobilhersteller.

Ökosystem ‚Universal Robots+‘ von Universal Robots

Universal Robots schließlich stellte auf der Messe erstmalig das Ökosystem Universal Robots+ für Entwickler, Vertriebspartner und Endkunden vor. Die wichtigsten Bestandteile des Ökosystems sind eine kostenfreie Entwickler-Plattform (+You) und ein Showroom (Universal Robots+). Mit ihrer Hilfe sollen sich zukünftig alle denkbaren Applikationen rund um die Familie der kollaborierenden Roboterarme UR3, UR5 und UR10 entwickeln und präsentiert lassen. Ziel ist, dass auf diese Weise sogenannte URCaps enstehen – also maßgeschneiderte Hardware-Komponenten, Software Plug-Ins oder eine Kombination aus beidem – die letztlich für reduzierte Integrationszeiten von Applikationen, erhöhten Bedienkomfort und reduzierte Kosten für alle Beteiligten sorgen sollen. Die Teilnehmer am Developer-Programm sollen von Universal Robots kostenfreie Unterstützung bei der Entwicklung von URCaps erhalten.

Co-act Grippler JL1 von Schunk

Das Greiferkonzept der Zukunft von Schunk: Zentrale Merkmale sind eine nachgiebige Außenhaut, ein integrierter Schutz vor Werkstückverlust sowie ein LED-Panel als Kommunikationsinterface zum Menschen.

© Schunk

Zum Roboter gehört zwangsläufig auch immer der passende Greifer. Welche Entwicklungen auf diesem Sektor zu erwarten sind, demonstrierte Schunk mit dem ‚handzahmen‘ Co-act Gripper JL1. Dieser Technologieträger ist nach Aussage des Lauffener Herstellers von Spanntechnik und Greifsystemen der weltweit erste kollaborative Greifer, der unmittelbar mit dem Menschen interagiert und kommuniziert.

Bereits in der Basisstufe erfülle der Co-act Gripper JL1 die zentralen Forderungen einer sicheren Mensch-Roboter-Kollaboration: Wird der Prozess beispielsweise bei einem Not-Aus unterbrochen, ist stets gewährleistet, dass das gegriffene Teil zuverlässig gehalten bleibt. Mithilfe einer Umfeld-Sensorik erfasst der Greifer kontinuierlich seine Umgebung und verarbeitet die Daten mithilfe einer integrierten Software. Kommt es zu einem unerwünschten Kontakt mit dem Menschen, wird die Greifkraft automatisch begrenzt.

Darüber hinaus macht Schunk den Greifer zu einem Kommunikationsmittel zwischen der Anlagensteuerung und dem Bediener. So informieren LED-Leuchten und eine entsprechende Farbsystematik darüber, ob die Anlage betriebsbereit ist und ob das korrekte Werkstück gegriffen wurde. Und die Pläne gehen noch weiter: Künftig sollen Co-act Gripper ein komplexes Zusammenspiel unterschiedlicher Sensoren und Sicherheitsmechanismen ermöglichen. Kraftmessbacken und eine visuelle Überwachung zählen ebenso dazu wie Häute aus taktilen und kapazitiven Sensoren oder eine strombasierte Kraftregelung. Über OPC-UA-Schnittstellen werden die kollaborativen Greifer darüber hinaus in der Lage sein, mit dem Roboter sowie mit der übergeordneten Anlagensteuerung zu kommunizieren.