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Mensch Roboter Kollaboration

Wie ihre Fertigung von der Mensch Roboter Kollaboration profitiert

| Autor: Victoria Sonnenberg

Ein kollaborierender Roboter kann viele Prozesse nachhaltig und vor allem auch langfristig beeinflussen. Ist eine solche Implementierung möglich, erwarten Experten eine Steigerung der Effizienz um bis zu 40 %.
Ein kollaborierender Roboter kann viele Prozesse nachhaltig und vor allem auch langfristig beeinflussen. Ist eine solche Implementierung möglich, erwarten Experten eine Steigerung der Effizienz um bis zu 40 %. (Bild: (stock.adobe.com))

Bei der Mensch Roboter Kollaboration trifft ein kollaborierender Roboter, kurz Cobot, barrierefrei auf seinen menschlichen Kollegen. Dafür muss der Roboter verschiedenen Ansprüchen genügen. Welche und vieles mehr, lesen Sie hier.

Als Roboter Mensch Kollaboration (MRK) werden all die Arbeitsprozesse verstanden, in denen Mensch und Maschine im gleichen Arbeitsprozess miteinander arbeiten und interagieren, ohne dass es Barrieren zwischen den einzelnen Arbeitsbereichen gibt. Mensch und MRK-Roboter teilen sich somit einen einzigen Arbeitsraum, welcher ohne trennende Schutzeinrichtungen auskommt. Eine genauere und fachlich optimierte Definition ist in der DIN EN ISO 10218-1 zu finden, welche internationale Standards für den Einsatz von Industrierobotern vorgibt.

Einsatz von kollaborierenden Robotern in der Fertigung

Zunächst müssen die Vorteile der Mensch Roboter Interaktion im Detail betrachtet werden. Für Unternehmen bietet der Einsatz von kollaborierenden Robotern in der Fertigung folgende Vorteile:

  • Maximale Flexibilität in den verschiedensten Produktionsbereichen
  • Hochwertige Ausführung jederzeit reproduzierbarer Prozesse ohne bauteilrelevanten Investmentbedarf
  • Durch intelligent agierende Sensorik lässt sich die Anlagenkomplexität nachhaltig verbessern
  • Höhere Produktivität durch geringere Ausfallzeiten und höhere Belastbarkeit beim
  • kollaborierenden Roboter
  • Geringeres Gefahrenpotential durch die Vermeidung von Verletzungen beispielsweise durch entsprechende Greifer
  • Körperliche Entlastung der Mitarbeiter in der Produktion: Bisher nicht automatisierbare Arbeitsschritte können in Zukunft durch Greifer und MRK Roboter erledigt werden.

Damit Unternehmen von den Vorteilen der Mensch Roboter Kollaboration profitieren können, müssen einige Voraussetzungen erfüllt werden. Denn ein kollaborierender Roboter allein oder der Einsatz von Greifern ist nur die halbe Miete.

Wichtige Voraussetzungen für die Mensch Roboter Kollaboration erfüllen

Damit ein kollaborierender Roboter überhaupt in einem produktiven Umfeld eingesetzt werden kann, müssen unterschiedliche Voraussetzungen und Normen erfüllt werden. Ein kollaborierender Roboter muss schließlich direkt mit Menschen in den unterschiedlichsten Produktionsbereichen zusammenarbeiten und darf diese nicht gefährden. Das bedeutet zum einen, dass es passende und ausreichend dimensionierte Sicherheitssysteme für die Mensch Roboter Interaktion geben muss. Zudem muss die Art der Fertigung den Einsatz einer Mensch Roboter Kollaboration überhaupt erst sinnvoll machen. Dies kann unter anderem dann der Fall sein, wenn Teile der Fertigung von Menschen nur schwer oder unter nicht ergonomischen Körperhaltungen durchgeführt werden können. Ein einem solchen Fall kann entweder ein kollaborierender Roboter mittels Greifer die Arbeiten übernehmen oder den Menschen gezielt bei diesen Arbeitsschritten unterstützen.

Es gibt kaum Einschränkungen oder Beschränkungen für den Einsatz der Mensch Roboter Kollaboration in verschiedenen Branchen. Schließlich kann ein MRK-Roboter in unterschiedlichen Größenordnungen und mit verschiedenen Funktionen gebaut und eingesetzt werden. Angefangen beim kleinen Greifer für die Produktion im Segment der Feinteile bis zur semiautomatischen Produktion im Bereich des Fahrzeugbaus oder des Industriebaus sind viele Systeme vorstellbar und in Teilen bereits Realität.

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Wichtiger ist eher die Frage, wie rentabel der Einsatz einer Mensch Roboter Kollaboration für viele Unternehmen ist. Dies ist in der Regel eine Frage der wirtschaftlichen Berechnung. Denn die Mensch Roboter Kollaboration kann in unterschiedlichen Fertigungsprozessen beispielsweise Mitarbeiter ersetzen oder Produktionsschritte vereinfachen und somit direkte Kosten sparen. Durch die Übernahme von ungünstigen und von Menschen nur unter körperlichen Belastungen auszuführenden Arbeiten spart ein kollaborierender Roboter auch Sekundärkosten durch Krankenstände und entsprechende Produktionsausfälle oder Überstunden ein. Zudem kann ein umfassendes und komplexes System der Mensch Roboter Kollaboration zusätzlich den gesamten Produktionsprozess straffen und somit für einen höheren Output, einen besseren Workflow und somit eine höhere Produktionskraft sorgen. Je besser die Mensch Roboter Interaktion in einen Produktionsprozess eingebunden werden kann, umso wirtschaftlicher kann dieser Prozess genutzt werden.

Reale Umsetzungen von MRK in der aktuellen Fertigung

Bereits jetzt sind in begrenzten Bereichen verschiedene kollaborierende Roboter und Greifer im Einsatz. Der erste weltweit zugelassene MRK-Roboter ist der Leichtbauroboter LBR iiwa von Kuka. Durch die eingebaute Sensorik kann der Greifer bei der Mensch Roboter Interaktion einfach angelernt und somit in die unterschiedlichsten Prozesse integriert werden. Der MRK-Roboter erfasst beispielsweise die korrekte und notwendige Einbauposition und kann somit Einzelteile schnell und in höchster Präzision montieren. Im Bereich der Mensch Roboter Kollaboration übernimmt der LBR iiwa die Aufgaben, welche aufgrund der unergonomischen und monotonen Aufgaben für die menschlichen Mitarbeiter zur Belastung werden würden. Als kollaborierender Roboter reagiert der LBR iiwa dabei auf den Menschen in der Umgebung und kann von diesem auch ohne weitere Kenntnisse in seinem Arbeitsbereich angepasst werden. Verschiedene Sicherheitssysteme sorgen dafür, dass ein kollaborierender Roboter nicht zur Gefahr für die Mitarbeiter wird. Der MRK-Roboter dient somit in kleinteiligen Produktionsprozessen als dritte Hand der Mitarbeiter und unterstützt den Menschen ganz nach Bedarfssituation.

Ein Blick in die Zukunft der Mensch Roboter Interaktion

Die aktuellen im Einsatz befindlichen Systeme sind allerdings nur ein Anfang im Bereich der Mensch Roboter Interaktion. Dank der weiteren Erforschung in Sachen Künstlicher Intelligenz (KI) wird in Zukunft wohl auch die Programmierung der MRK-Roboter deutlich einfacher oder sogar unnötig werden. Dieself-teaching-Programme können es durchaus möglich machen, dass die Mensch Roboter Kollaboration auf einem ganz neuen Niveau ankommt und die verschiedenen Greifer und MRK Roboter beispielsweise selbstständig die Produktionsprozesse verbessern und somit für eine noch höhere Produktivität sorgen. Darüber hinaus werden auch die Robotersysteme selber besser und flexibler werden. Der Einsatz moderner Materialien und die damit einhergehende Verringerung im Bereich Verschleiß wird zudem die Wartungsprozesse und Wartungskosten auf Dauer deutlich absenken können.

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Es ist zu erwarten, dass sich im Bereich der Mensch Roboter Kollaboration noch deutliche Entwicklungen ergeben werden, welche vom heutigen Standpunkt aus kaum zu erahnen sind. Grundsätzlich gehen Experten davon aus, dass die Mensch Roboter Kollaboration nur bis zu einem gewissen Maße Bestand haben wird, ehe der Mensch als Teil des aktiven Produktionsprozesses nicht mehr notwendigerweise eingebunden werden muss. Die Produktion wird in diesem Szenario ausschließlich von Robotern übernommen, während die Menschen nur noch für die Kontrolle der Prozesse zuständig sein werden. Ein kollaborierender Roboter mag in der heutigen Zeit noch eine echte Bereicherung sein, in fünfzig Jahren jedoch wird sich der Bereich der Fertigung wohl maßgeblich verändert haben.

Sicherheitssysteme und Sicherheitskonzepte für MRK Roboter

Bei der Mensch Roboter Kollaboration spielen ausgearbeitete Sicherheitssysteme eine wichtige Rolle. Ein kollaborierender Roboter wird schließlich ohne schützende Trennwände oder Gitter in direkter Mensch Roboter Interaktion aktiv sein und ist dem Menschen oftmals an Gewicht und Kraft weit überlegen. Der Mensch muss bei der Mensch Roboter Kollaboration also durch vorhandene und elaborierte Sicherheitssysteme bei jedem Schritt des Arbeitsprozesses geschützt werden. Insgesamt gibt es hierzu vier verschiedene Ansätze, welche bei der Mensch Roboter Interaktion genutzt werden können.

1. Leistung- und Kraftbegrenzung beim MRK-Roboter

  • Bei diesem System wird eine mechanische, elektronische oder auch sensorische Begrenzung der Kraft beim MRK Roboter eingesetzt, um die Mensch Roboter Kollaboration sicherer zu machen. Grundlage ist hierbei der sogenannte Kräfteatlas aus ISO/TS15066 und ISO 10218-2. Hierbei handelt es sich um sogenannte biomechanische Grenzwerte, welche vom Roboter beim direkten Kontakt mit dem Menschen nicht überschritten werden dürfen. Diese Sicherheitssysteme lassen sich bei jeglicher Mensch Roboter Interaktion nutzen und bieten eine hohe Sicherheit. So kann beispielsweise ein Greifer nicht mehr Kraft aufwenden, als es ein Mensch aushalten kann, wenn dieser mit der Hand in den Greifer gerät. Ein kollaborierender Roboter muss entsprechend in seiner Leistung in dieser Hinsicht klar begrenzt arbeiten.

2. Dauerhafte Überwachung von Geschwindigkeit und Abstand

  • Für diese Form der Mensch Roboter Kollaboration muss beim MRK-Roboter ein Personenerkennungssystem installiert werden. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters muss sich absenken, sobald sich eine Person dem Roboter nähert. Unterschreitet die Person einen bestimmten Grenzbereich, werden die Sicherheitssysteme aktiv. Ein kollaborierender Roboter muss in diesem Fall sofort sicher anhalten und somit eine klare Kontrolle erlauben. Der Mensch kann sich also nicht verletzen, da der Roboter innerhalb eines Gefahrenradius alle Arbeiten einstellt.

3. Sofortiger überwachter Halt bei menschlicher Interaktion

  • Bei diesem Sicherheitssystem für die Mensch Roboter Interaktion handelt es sich um eine Variante der dauerhaften Überwachung. Diese Variante kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn sich Mensch und MRK-Roboter beispielsweise in der sequenziellen Produktion einen Arbeitsraum teilen, diesen aber nicht zeitgleich nutzen. Betritt ein Mensch den Arbeitsraum, greifen sofort die Sicherheitssysteme und der MRK-Roboter stellt sicher seine Arbeit ein. Somit kann eine Verletzung des Menschen durch die Bewegung der Roboter vermieden werden.

4. Handführung des Roboters

  • Ein kollaborierender Roboter kann durch einen Joystick oder durch einen Kraft-Moment-Sensor manuell geführt werden. Hierbei lässt sich der MRK-Roboter durch einfache Berührungen des Menschen bei der Mensch Roboter Interaktion führen. Wichtig für diese Sicherheitssysteme ist die klare Einschränkung von Kraft und Geschwindigkeit des Roboters. Zudem muss eine Not-Stopp-Einrichtung
  • immer in der Nähe des mitarbeitenden Menschen vorhanden sein. Somit lässt sich die Mensch Roboter Kollaboration vor allem bei kleineren und filigranen Produktionen deutlich einfacher gestalten. Je größer der Roboter bei der Mensch Roboter Kollaboration ist, umso schwieriger lassen sich diese Sicherheitssysteme effektiv umsetzen.

Die Grenzen an den Randbereichen der Mensch Roboter Kollaboration

Es ist nicht einfach, die Mensch Roboter Kollaboration weiter zu erforschen, da es viele Grenzen gibt, welche bei dieser Form der Entwicklung nicht überschritten werden dürfen. Die Mensch Roboter Kollaboration kann nur innerhalb gewisser Grenzen und Normen erfolgen, welche von den entsprechenden Fachkräften der unterschiedlichen Fachbereiche definiert werden. Da bei der Mensch Roboter Kollaboration der Mensch in der Regel immer der schwächere und limitierende Faktor ist, müssen beispielsweise die oben genannten Grenzwerte für den Druck oder das Schmerzempfinden bei allen Entwicklungen berücksichtigt werden. Dies bremst die Entwicklung der Mensch Roboter Kollaboration zwar aus, sorgt aber auch für einen besonders hohen Sicherheitsstandard bei der Entwicklung und sorgt somit auch für eine höhere Akzeptanz bei den Mitarbeitern.

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Womit wir bei einem schwierigen Thema angekommen sind. Wenn Sie in Ihrem Unternehmen die Mensch Roboter Kollaboration einführen möchten, beispielsweise durch den Einsatz von Greifern, kann dies nur mit Unterstützung der Mitarbeiter geschehen. Ein kollaborierender Roboter stellt zunächst einmal für viele Mitarbeiter in der Produktion einen Konkurrenten dar, welcher eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit an den Tag legt. Ein kollaborierender Roboter ist somit für die meisten Mitarbeiter nicht positiv besetzt. Es gilt den Mitarbeitern verständlich zu machen, dass MRK-Roboter und Greifer vor allem als Arbeitserleichterung zu verstehen sind. Je mehr unliebsame und unbequeme Aufgaben vom MRK Roboter oder dem Greifer übernommen werden können, umso eher verstehen die Mitarbeiter die Erleichterung durch die Mensch Roboter Kollaboration. Eine umfassende Aufklärung der Mitarbeiter ist für die Mensch Roboter Interaktion in jedem Fall notwendig.

Diese Effizienzsteigerungen werden durch die Mensch Roboter Kollaboration erwartet

Insgesamt kann eine gute und vor allem gut implementierte Mensch Roboter Kollaboration den gesamten Produktionsprozess in einem Unternehmen verändern und neu strukturieren. Ein kollaborierender Roboter in verschiedenen Einsatzbereichen kann Teile der Produktion beschleunigen und somit neue Prozesse ermöglichen. Aus diesem Grund sollte eine Mensch Roboter Kollaboration nur dann eingeführt werden, wenn sich Unternehmen über die Auswirkungen auf den gesamten Produktionszyklus im Klaren sind. Ein kollaborierender Roboter kann viele Prozesse nachhaltig und vor allem auch langfristig beeinflussen. Ist eine solche Implementierung möglich, erwarten Experten eine Steigerung der Effizienz um annähernd mindestens 30 bis 40 %. Diese Steigerung wird zum einen durch die höhere Produktivität, aber auch durch die Einsparung von Mitarbeitern und geringere Krankenzahlen zu erreichen sein. Die genaue Höhe der Effizienzsteigerung durch die Mensch Roboter Kollaboration lässt sich allerdings nicht beziffern, da diese von Unternehmen zu Unternehmen und von Branche zu Branche enorm unterschiedlich ausfallen kann.

Der weitere Weg zur Industrie 4.0 und dem Einsatz von Automation und Robotik in der Produktion

Durch die Entwicklung immer besserer Sensoren und immer besserer MRK Roboter wird sich die Mensch Roboter Kollaboration in den nächsten Jahren deutlich verbessern und in immer mehr Unternehmen zum Einsatz kommen. Über kurz oder lang wird der Mensch allerdings aus den meisten Produktionsprozessen verdrängt werden, da Greifer und Roboter die meisten Arbeiten schneller, effizienter und in einer kürzeren Zeit erledigen können. Es wird zwar noch dauern, bis die Mensch Roboter Kollaboration zu einer vollständigen Automatisierung führt, doch der Trend an sich ist unabdingbar und unwiderlegbar. Mit der Mensch Roboter Kollaboration beginnt eine neue Ära der Produktion, welche viele Unternehmen von Grund auf verändern wird.

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