Cobots Die Zukunft der echten Cobots steht bevor

Autor / Redakteur: Samuel Bouchard / Mag. Victoria Sonnenberg

Laut eines kanadischen Unternehmens steht die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine kurz vor einem historischen Schritt: dem Schritt vom bloßen Nebeneinander zwischen Arbeiter und Roboter hin zur reinen, direkten Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK).

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MRK-Anwendungen mit intelligenten Greifern können lernfähig sein und sich jeweils der Form anpassen, die sie greifen soll.
MRK-Anwendungen mit intelligenten Greifern können lernfähig sein und sich jeweils der Form anpassen, die sie greifen soll.
(Bild: Robotiq)

Bei der Mehrheit der Roboter, die bislang in unmittelbarer Nähe zum Menschen zum Einsatz kommen, handelt es sich heute noch um klassische, althergebrachte Roboterarme. Zwar können diese oft schon ohne massive Schutzumhausungen eingesetzt werden, dennoch ist es notwendig, sie mit zusätzlichen Schutzmaßnahmen auszustatten, um die Sicherheit ihrer menschlichen Kollegen zu gewährleisten. Solche Anwendungen sind schon platzsparender, günstiger und sicherer als andere, sperrige Automatisierungslösungen, doch durch die notwendigen Schutzmaßnahmen, schöpfen sie das volle Potenzial der kollaborierenden Robotik nicht vollkommen aus. Die sogenannten Cobots verfügen bereits über die richtigen Voraussetzungen, um Anwendungen zu Realität werden zu lassen, in denen Roboter und Mensch Hand in Hand an denselben Aufgaben arbeiten.

Trend in Richtung Zunahme direkter MRK-Anwendungen

Diese Art der Zusammenarbeit kann laut Robotiq als direkte Mensch-Roboter-Kollaboration bezeichnet werden – in Abgrenzung zum bislang verbreiteten Nebeneinander von Mensch und Roboter. Anwendungen in der direkten Mensch-Roboter-Kollaboration sind Stand heute in der Praxis noch eher selten. Doch die technischen Voraussetzungen sind gegeben. Zahlreiche Anwendungen für direkte MRK werden bereits aktiv getestet und befinden sich kurz vor der Marktreife und so weist der Trend deutlich darauf hin, dass die Anzahl direkter MRK-Anwendungen in der nahen Zukunft mehr und mehr zunehmen wird. Die Phase der Demokratisierung, in der die Entwicklung von MRK-Anwendungen exponentiell zunimmt und es zu einer immer höheren Bekanntheit und einem besseren Verständnis der kollaborierenden Robotertechnologie kommt, ist bereits in vollem Gange. In den kommenden drei bis fünf Jahren soll ihr laut Robotiq eine zweite Phase folgen, in der die direkte Mensch-Roboter-Kollaboration zum weit verbreiteten Standard in der industriellen Fertigung wird.

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Mit dem fühlenden Roboter geht der Mensch auf Tuchfühlung

Mit verschiedenen Sensoren und Zubehörteilen ist es unlängst machbar, Robotern zu einem gewissen Grad Sinne zu verleihen. So wird es dem Menschen zunehmend möglich, mit dem Roboter unmittelbar auf Tuchfühlung zu gehen und ihn physisch zu steuern. Der Roboter wiederum reagiert nicht nur auf die Bewegungen seines menschlichen Kollegen, er kann sich zudem an Werkgegenstände herantasten und flexibel auf externe Umwelteinflüsse reagieren: Eine solche Anwendung wurde beispielsweise vom Robotiq-Partner Alumotion entwickelt und im Frühjahr 2016 auf der italienischen Technologiemesse Mecspe vorgeführt: Die Anwendung besteht aus einem kollaborierenden UR5 Roboterarm von Universal Robots, dem dänischen Pionier im Bereich der Leichtbaurobotik. Dieser kann bedenkenlos, nur mit minimaler oder sogar ganz ohne Schutzumhausung neben dem Menschen zum Einsatz kommen (nach einer vorher erfolgreich durchgeführten Risikobeurteilung).

Intelligente mechanische Anwendung ist lernfähig und flexibel

Ausgestattet ist der Arm mit einem Kraft-Momenten-Sensor und einem intelligenten Greifer. Der Kraft-Momenten-Sensor misst die Kraft jeder Berührung und ist somit in der Lage, selbst geringe Krafteinwirkungen von nicht mehr als 0,5 N zu registrieren. Somit spürt der Sensor einen leichten Fingerstupps. Gleichzeitig kommt ein sogenannter adaptiver Robotiq-2-Finger 140 zum Einsatz. Bei dieser speziellen Art von Greifer mit zwei Fingern lassen sich Kraft, Geschwindigkeit und Hub flexibel einstellen. Im Ergebnis steht eine sensible, intelligente mechanische Anwendung, die lernfähig ist und sich dadurch jeweils der Form anpassen kann, die sie greifen soll. Wird einem solchen intelligenten Gripper, wie hier ein einfacher „close“ – zu Deutsch „schließen“ oder „greifen“ – Befehl eingegeben, kann zuvor ein Widerstand festgelegt werden. Der Greifer schließt daraufhin bis er auf den zuvor festgelegten Widerstand trifft und kann somit exakt und zuverlässig arbeiten – und das mit minimalem Programmieraufwand. Die diversen Kraftsensoren machen den Roboter-Greifer im wahrsten Sinne des Wortes sensibel. So sensibel, dass der Roboter in der Lage ist, selbst empfindliche oder zerbrechliche Gegenstände zu greifen, ohne diese zu beschädigen. Auch merkt es der Greifer, wenn der voreingestellte Widerstand nachlässt und kann entsprechend reagieren. In der Praxis bedeutet das, der Roboter spürt, wenn ihm ein Werkstück „aus der Hand zu gleiten droht“ und packt dann fester zu – bis der gewünschte Widerstand erneut erreicht ist und er den Gegenstand wieder fest im Griff hat.

Intelligente Visualisierung als Schlüsselrolle der direkten Kollaboration

Auch intelligente Visualisierungslösungen werden laut Robotiq künftig eine wachsende Rolle spielen, wenn es darum geht, Roboter für die direkte Kollaboration mit menschlichen Arbeitskräften nutzbar zu machen. Ein Beispiel dafür ist das sogenannte Charm-Projekt (Collaborative, Human-Focused, Assistive Robotics for Manufacturing), eine Kooperation der University of British Columbia und General Motors of Canada Limited. Dieses definiert über ein 3D-Vision-System einen gemeinsamen Arbeitsbereich, in dem Mensch und Roboter zusammen in der Fertigung von Autoteilen zusammenarbeiten. Der geteilte Arbeitsplatz wird mittels 3D-Kameras ständig überwacht. Betritt der Arbeiter den Bereich, erfassen die Kameras seine Position und seine Bewegungen. Das Vision System ist dann zudem in der Lage, eine bestimmte Anzahl von zuvor festgelegten Gesten zu erkennen und in Befehle zu übersetzen, die an den Montageroboter weitergegeben werden: Zeigt der Arbeiter beispielsweise mit ausgestrecktem Arm auf den Roboter, signalisiert er ihm, dass er das nächste Bauteil für die manuelle Montage gereicht bekommen möchte. Der Roboter reagiert, indem er dem Arbeiter das angeforderte Werkteil reicht. Mit einer anderen Geste kann der Roboter darauf aufmerksam gemacht werden, dass er dem Arbeiter ein mangelhaftes Teil angereicht hat und dieses nun ersetzt werden muss. Das 3D-Kamerasystem erkennt zudem verschiedene vordefinierte Arbeitsbereiche. Dadurch ist der Roboter in der Lage, seine eigene Arbeitsposition zu wechseln. Verlässt der Arbeiter den gemeinsamen Arbeitsbereich, um die Montage an anderer Stelle fortzusetzen, fährt der Montageroboter an seine Stelle und inspiziert die zuvor manuell montierten Bauteile. Entdeckt er einen Montagefehler, zeigt er dies dem Arbeiter quasi „per Fingerzeig“ an. Der Arbeiter kann daraufhin in den geteilten Arbeitsbereich zurückkehren. Hat er die fehlerhafte Stelle erreicht, braucht er den Roboterarm bloß anzutippen. Der Greifer – ein 3-Finger Adaptive Robot Gripper – registriert die Berührung über einen Sensor. Der Roboter fährt daraufhin in seine Ausgangsposition zurück und erwartet erneut die Gesten des Arbeiters, um die Zusammenarbeit fortzusetzen.

Projekte wie dieses stellen bereits weit fortgeschrittene Anwendungen der direkten Mensch-Roboter-Kollaboration dar. Aus diesem Grund wird es sicherlich noch etwas Zeit in Anspruch nehmen, bis sie ausgereift sein werden und in der Fertigung zum Einsatz kommen können. Doch der Trend zeigt genau in diese Richtung der intelligenten, flexibel steuerbaren Zusammenarbeit von Mensch und Roboter am selben Arbeitsplatz.

Leichte Bedienbarkeit als entscheidender Wettbewerbsvorteil

Die intelligentesten Sensoren und Systeme werden sich nur schwer durchsetzen können, wenn ihre Implementierung, Programmierung und Benutzung mit zu hohem Aufwand verbunden ist. Neben der Reife und Verfügbarkeit neuer Technologien wird daher auch deren leichte Bedienbarkeit eine wichtige Säule für den Erfolg der kollaborierenden Robotik darstellen. Doch dank benutzerfreundlicher Programmierschnittstellen und der immer besseren Kompatibilität und Installierbarkeit von Endeffektoren entwickelt sich die kollaborierende Robotik immer mehr hin zu einer Plug-&-Play-Techik.

Unternehmen wie Robotiq haben es sich zum Ziel gesetzt, den Einsatz kollaborierender Roboter für Endanwender noch einfacher zu gestalten, indem sie die mit dieser Technik verbundenen Implementierungsprozesse und Programmierungen weiter vereinfachen. Voraussetzungen wie grafische Interfaces, USB- Schnittstellen und automatische Konfiguration ermöglichen es den Endnutzern, intuitiver und schneller mit ihren Robotern zu interagieren. Denn diese Installations- und Bedienhilfen können für Endanwender bei der Auswahl der für ihre Anforderungen geeignetsten Robotiklösung das Zünglein an der Waage sein.

Lernfähigkeit kollaborierender Roboter wird stets weiter optimiert

Doch auch dafür hat die Technik die notwendige Entwicklungsstufe schon erreicht: Bewegungsabläufe und somit Arbeitsschritte vieler kollaborierender Roboter lassen sich bereits heute im laufenden Betrieb programmieren oder anpassen. Möglich wird dies durch moderne Lernmodi, wie sie beispielsweise auch bei den Roboterarmen von Universal Robots zum Einsatz kommen. So lassen sich diese mittels eines einfachen Knopfdrucks in einen Lernmodus versetzten: Die Getriebe der sechs Gelenke schalten hierdurch in den Leerlauf und der Roboterarm kann von Hand in die benötigte Position bewegt und Wegpunkte für den gewünschten Bewegungsablauf gesetzt werden. Auch diese Lernfähigkeit kollaborierender Roboter wird stets weiter optimiert: Mit Instrumenten, wie dem Kraft-Momenten-Sensor von Robotiq, muss dem Roboter nicht länger jeder einzelne Wegpunkt exakt eingegeben werden. Der Arbeiter nun seinen Arbeitsablauf im Fluss aufzeichnen, speichern und abspielen: Der Roboter fährt diesen dann automatisch 1:1 nach.

Die direkte Mensch-Roboter-Kollaboration steht in den Startlöchern, um ihren weltweiten Siegeszug durch alle Sphären der industriellen Fertigung anzutreten. Noch hat die Branche wenig Erfahrung mit kollaborierenden Anwendungen und in der Industrie gibt es erst wenige Praxisbeispiele, die sich als Referenzen für diese Technologie heranziehen lassen. Auch wenn die meisten Anwendungen, die auf eine direkte Mensch-Roboter-Kollaboration hinzielen, sich heute noch in ihren Testphasen befinden oder für einfache Demonstrationen verwendet werden, befindet sich die Technologie kurz vor der breiten Marktreife und -durchdringung.

* Samuel Bouchard ist Geschäftsführer von Robotiq in G7A 2N1 Lévis (Quebec/ Kanada), Tel. (00 1-4 18) 3 80 27 88, samuel@robotiq.com

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