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Mittlerweile gibt es weltweit an die 30 Hersteller von kollaborativen Robotern, zumeist kleine Roboter und Traglasten bis 7 kg, die auf einfache Handling-Aufgaben zielen“, sagt Dr. Michael Klos, General Manager, Business Development der Robotics Division bei Yaskawa Europe. Kein Wunder, trage doch die kollaborative Robotik das Versprechen vor sich her, angeblich besonders preisgünstig, flexibel und einfach umsetzbar zu sein. Klos: „Kollaborative Roboter wurden als Evolutionsstufe der klassischen Robotik gesehen, bringen sie doch die versöhnende Aussicht, dass Mensch und Roboter Hand in Hand zusammenarbeiten.“
Sind klassische Industrieroboter in ihren Käfigen also Technologie von gestern? „Nein – die kollaborative Robotik wird die klassische Robotik nicht ablösen, sondern ergänzen“, ist Klos überzeugt. Zumal man man die kollaborative Robotik heute ohnehin etwas nüchterner und differenzierter sehe. Nachdem es gerade in der Automobil- und Zulieferindustrie viele Pilot- und Leuchtturmprojekte gegeben habe, sei man heute – „nach einigen steinigen Erfahrungen und Lehrgeld bei der Umsetzung kollaborativer Roboter-Arbeitsplätze“ – auf der Suche nach „wirklich sinnvollen Anwendungen“ für die kollaborative Robotik. Klos: „Nicht mehr kollaborative Robotik um jeden Preis ist die Devise, sondern die richtige Roboterlösung für den jeweiligen Einsatzfall.“
So habe man beispielsweise die Sicherheitsbewertung eines kollaborativen Roboter-Arbeitsplatzes zu Beginn massiv unterschätzt. „Schließlich geht nicht allein um einen sicheren Roboter, sondern um eine sichere Anwendung“, betont der Yaskawa-Manager. Für jeden kollaborativen Arbeitsplatz muss eine individuelle Sicherheitsbegutachtung vorgenommen werden – und nicht nur der Roboter selbst, sondern der gesamte Arbeitsplatz (Position, Bewegungsrichtungen, Geschwindigkeiten, Greifer/Werkzeuge, Werkstücke, Vorrichtung, Sicherheitstechnik) werde bewertet. „In vielen Fällen müssen sogar aufwendige Kollisionskraft-Messungen durchgeführt werden“, sagt Klos.
Das führe dazu, dass das Geld, das man eigentlich am Schutzzaun einsparen wollte, oft schnell anderweitig ausgegeben werde. „Im Vergleich zum klassischen Industrieroboter ist ein kollaborativer Roboter nicht günstiger in der Anschaffung, zumindest wenn man realistischerweise die Traglasten und die deutlich höhere Leistung berücksichtigt“, betont Klos. Kommen dann noch Mehrkosten für kollaborative Greifer hinzu, verletzungsfreie Ausführung der Vorrichtungen, Zutritts- und Sicherheitstechnik und zu guter Letzt noch die erforderliche Sicherheitsbewertung, dann ist für Klos die Schlussfolgerung eindeutig: „Entgegen landläufiger Meinung ist ein kollaborativer Roboterarbeitsplatz in der Industrie in aller Regel teurer als ein herkömmliche Roboterzelle.“
Zykluszeit als Problem
Eine weitere Hürde ist die Zykluszeit: Wenn der Mensch mit dem Roboter zusammenarbeiten soll, muss der Roboter langsam, also in sicher begrenzter Geschwindigkeit, arbeiten, solange der Mensch quasi im Weg ist. „Das führt zu geringen Zykluszeiten und zerstört oft die Amortisation eines Projektes“, berichtet Klos. Viele kollaborative Robotermodelle auf dem Markt seien ohnehin so klein und langsam und können so geringe Lasten bewegen, dass sie per Design für den Menschen keine Gefährdung darstellen können. „Sie sind konstruktiv keine Industrieroboter, die auf jahrelange Dauerbelastung mit Höchstgeschwindigkeit im 3-Schicht-Betrieb ausgelegt sind.“
Der Yaskawa-Manager verweist daher auf hybride kollaborative Roboter wie den HC10 – „also ein vollwertiger Industrieroboter, der einerseits mit hoher Geschwindigkeit arbeiten kann, aber auf sicher reduzierte Geschwindigkeit zurückfällt, sobald sich der Mensch unmittelbar im Arbeitsraum befindet.“ Es komme nun darauf an, wie man bei der Planung den Zeitanteil einer Mensch-Roboter-Interaktion im Verhältnis zur gesamten Zykluszeit bestimmen kann. „Eine solche Gliederung nach Zeitphasen kennt man auch bei der Planung klassischer Robotersysteme, sofern sie mit einer sicheren Robotersteuerung ausgestattet sind – auch diese Systeme können ohne Schutzzaun arbeiten. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass der klassische Industrieroboter in Gegenwart des Menschen in sicherem Halt stehen bleiben muss, während der kollaborierende Hybrid-Roboter langsam und sicher weiterarbeitet.“
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Robotics Division
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Yaskawastr. 1
85391 Allershausen
Wie eng ist die Mensch-Roboter-Interaktion?
Der Anteil der Mensch-Roboter-Interaktion an der gesamten Zykluszeit ist wesentlich für die Auslegung eines Arbeitsplatzes:
- Arbeiten Roboter und Mensch permanent zusammen (oder kommt es nicht auf Geschwindigkeit an), können kollaborierende Roboter das richtige Konzept sein. Taktzeiten sind hier kein vorrangiges Ziel, sondern Synergieeffekte – etwa indem der Roboter dem Menschen Werkstücke anreicht.
- Gibt es längere Phasen, in denen Mensch und Roboter zusammenarbeiten, ebenso wie Phasen, in denen der Mensch nicht anwesend ist, sind hybride kollaborative Roboter sinnvoll.
- Wenn sich die Mensch-Roboter-Interaktion nur auf einen sehr geringen Zeitraum beschränkt (z. B. beim Einlegen/Entnehmen von Werkstücken), sind in der Regel klassische Industrieroboter sinnvoll. Sie bleiben zwar stehen, wenn der Mensch da ist, können aber sonst ihren Geschwindigkeitsvorteil ausspielen.
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