Grundlagen der Cobot-Automatisierung
Angetrieben durch die steigende Nachfrage nachkollaborativen Robotern von kleinen und mittleren Unternehmen wächst der Cobot-Markt rasant (jährliche Wachstumsraten von über 30%!).
Aber sind kollaborierende Roboter auch für Ihre Prozesse geeignet? Dieser Artikel beantwortet diese Frage anhand der 9 wichtigsten Fragen, die Sie sich stellen sollten, bevor Sie sich für einen Cobot entscheiden.
Was ist ein Cobot?
Per Definition ist ein Cobot (Abkürzung aus dem Englischen für „collaborative robot“) ein kollaborierender Roboter, der speziell für die Mensch-Roboter-Kollaboration entwickelt wurde.
Was ist der Unterschied zu herkömmlichen Industrierobotern?
Der Unterschied zu klassischen Robotern ist eine eingebaute Sensorik, die es den Cobots ermöglicht, sich den Arbeitsbereich mit dem Menschen auch ohne Schutzzaun sicher zu teilen.
Unerwartete Kollisionen, z.B. mit einem Menschen, führen zum sofortigen Stopp der Cobots. Verletzungen von Mitarbeitern durch Cobots sind somit ausgeschlossen.
Welche Normen sind für Cobot-Anwendungen wichtig?
Um die Arbeitssicherheit zu gewährleisten und eine CE-Konformitätserklärung zu erhalten, sind folgende Normen besonders relevant:
- ISO 10218-1: Richtlinien für Roboterhersteller
- ISO 10218-2: Vorgaben für das Robotersystem (für Integratoren)
- ISO/TS 15066: Spezifikationen für die Mensch-Roboter-Kollaboration
Die TS 15066 beinhaltet unter anderem Richtwerte für die maximal zulässigen Geschwindigkeiten der Cobots. Die Einhaltung dieser und weiterer relevanter Normen ist gemäß der Maschinenrichtlinie (MRL) 2006/42/EG verpflichtend, die für alle Hersteller und Anbieter von Maschinen innerhalb der EU gilt.
Der Leitfaden des Fraunhofer IGCV erklärt diese Thematik ausführlich.
Was kann ein Cobot?
Roboterarme können sehr vielseitig eingesetzt werden. Typische Einsatzgebiete sind
- Maschinenbedienung
- Palettieren
- Verpacken
- Verschrauben
- Montieren
- Inspektion
- Schweißen
- Schleifen
- Polieren
- Lackieren
- Verkleben
Was kann ein Cobot nicht?
Da Cobots auch ohne Schutzzaun arbeiten können, muss die Leistung begrenzt werden, um die Arbeitssicherheit zu gewährleisten. Die Leistungsgrenzen für Cobots liegen bei ca:
- 25 kg Nutzlast (H2515 von Doosan Robotics).
- 1750 mm Reichweite (UR20 von Universal Robots).
- 0,01mm Wiederholgenauigkeit (CR-4iA von Fanuc).
- 2,2 m/s Geschwindigkeit (GoFa von ABB).
Diese Leistungen sind mit menschlichen Fähigkeiten vergleichbar. Wer mehr Leistung benötigt, muss auf spezielle Industrieroboter zurückgreifen.
Welche Vorteile haben Cobots?
Die Ausrichtung von Cobots auf die Mensch-Roboter-Kollaboration bietet entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Industrierobotern.
1. Einfache Bedienung
Der Cobot-Marktführer Universal Robots wirbt damit, dass ungeschulte Bediener ihren Roboter auspacken, aufbauen und ein einfaches Programm schreiben können - in weniger als einer Stunde!
Möglich wird dies durch den für Cobots typischen „Hands-on“-Ansatz. Während klassische Industrieroboter zunächst in simulierten Umgebungen programmiert werden, können Cobots mit der Hand in die gewünschte Position gebracht werden. Diese einzelnen Positionen müssen dann nur noch mit einem Bewegungstyp verknüpft werden, um einen Ablauf zu programmieren.
Die Bedienung des Roboters erfordert somit keine roboterspezifische Programmiersprache, sondern erfolgt einfach über ein Touchpad (sog. Teach-Pendant) mit intuitiver GUI. Die RB-Serie von Rainbow Robotics verwendet sogar ein handelsübliches Samsung Galaxy Tablet zur Programmierung!
2. Einfache Montage
Cobots sind kompakte Kraftpakete. Modelle wie der RB16-900 von Rainbow Robotics können bei einem Eigengewicht von nur 32 kg eine Nutzlast von 16 kg heben. Dieses geringe Eigengewicht ermöglicht Boden-, Decken- und Wandmontage.
Es ist außerdem auch möglich, Cobots auf mobile Roboterschränke zu montieren. Ein Anwendungsbeispiel hierfür wäre die Maschinenbedienung. Der Cobot wird vor dem Feierabend mit einer Werkstückablage an die Maschine gefahren, so dass er über Nacht eine Kleinserie bearbeiten kann.
3. Flexibel einsetzbar
Die enorme Vielfalt an Zubehör für kollaborierende Roboter ermöglicht ihren Einsatz für die unterschiedlichsten Aufgaben in den verschiedensten Umgebungen.
Es gibt Endeffektoren wie
- Greifer (mit Vakuum, Magneten, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch)
- Prozesswerkzeuge (zum Schleifen, Polieren, Schweißen, Kleben oder Spritzen)
- Sensoren (wie Laser-,Ultraschall-, Infrarot- oder Kamerasysteme)
Weiteres Zubehörumfasst unter anderem
- Linearachsen (ermöglichen die Bewegung des Roboters entlang einer linearen Achse)
- Roboterschränke
- Roboterschutzhüllen
- Kabelführungen
- Und vieles mehr
Einige Cobot-Modelle sind auch für spezielle Umgebungen konzipiert. Die RB-N-Serie von Rainbow Robotics wurde beispielsweise für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie entwickelt und ist daher NSF-zertifiziert.
4. Schnelle Armonisierung
Da Cobots in der Lage sind, bisher undenkbare Prozesse zu automatisieren und die Komplexität deutlich zu reduzieren, ist eine Amortisation innerhalb von 4 bis 15 Monaten in der Industrie üblich.
Ein letzter Vorteil welcher sich aus den genannten Eigenschaften ergibt ist die schnelle Umfunktionierung. Sollten sich die Prozessanforderungen in Zukunft ändern, kann durch einen relativ kostengünstigen Umbau reagiert werden – sodass der Cobot weiter genutzt werden kann.
Welche Cobot-Hersteller gibt es?
Relevante Cobot-Hersteller auf dem deutschen Markt sind
- Universal Robots
- Kassow Robots
- Franka Emika
- Agile Robots
- Rainbow Robotics
- Doosan Robotics
- ABB
- KUKA
- Fanuc
Eine Übersicht der wichtigsten Cobots mit technischen Daten und Preisen finden Sie hier.
Was kostet ein Cobot?
Die entscheidenden Faktoren für den Preise eines Cobots sind
- die benötigte Nutzlast
- die benötigte Reichweite
- und der Hersteller des Cobots
Beispiel: Die Produktpalette des Weltmarktführers Universal Robots beginnt beim UR3e mit 3 kg Nutzlast und 500mm Reichweite für ca. 25.000 € und endet beim UR20 mit 20 kg Nutzlast und 1750mm Reichweite für ca. 50.000 €.
Bei Universal Robots profitiert man von einem großen Ökosystem an Schulungsmaterial, Standardlösungen, Integratoren und zertifiziertem Roboterzubehör.
Um Kosten zu sparen, kann man auch zu weniger bekannten Roboterherstellern wechseln. So beginnt die Produktpalette des Newcomers Rainbow Robotics bei ca. 17.000 € mit einer Nutzlast von 3 kg und einer Reichweite von 730 mm.
Insgesamt kosten Cobots also zwischen 20.000 und 50.000 Euro.
Was kostet eine Cobot-Automation?
Die Preise von Cobots sind leicht zu recherchieren. Das beantwortet aber nicht die eigentliche Frage: Was kostet die gesamte Automatisierung?
Die Gesamtkosten einer Automatisierung können unterteilt werden in
- die Anschaffungskosten für den Roboter
- Kosten für Endeffektoren und Peripheriegeräte
- Dienstleistungen für Entwicklung und Inbetriebnahme.
Kurz zur Begriffserklärung:
- Endeffektoren sind die Werkzeuge am Ende des Roboterarms
- Peripheriegeräte sind Produkte in der unmittelbaren Umgebung des Robotersystems, wie z.B. Schutzhüllen, Sockel oder Sensoren. Der Endeffektor ist somit auch ein Peripherieelement.
Es ist sehr schwierig, die Kosten der Peripherie allgemein zu schätzen, da die Vielfalt unglaublich groß ist. Erfahrungsgemäß machen sie aber oft etwa ein Drittel der Gesamtkosten der Automatisierung aus.
Die Kosten für Dienstleistungen variieren ebenfalls sehr stark - auch je nachdem, wie viel das Unternehmen einkaufen oder selbst erbringen muss/kann. Meistens werden folgende Dienstleistungen benötigt
- Mechanische & elektrische Konstruktion
- Montage und Inbetriebnahme
- Programmierung (Roboter & Steuerung)
- Erstellung der CE-Dokumentation
- Wartung und Support
- Mitarbeiterschulung
Die Kosten für alle Dienstleistungen belaufen sich in der Regel ebenfalls auf ein Drittel der Gesamtkosten.
Als Daumenregel kann man also grob schätzen, dass sich die Gesamtkosten in drei Drittel aufteilen:
- 1/3 für den Cobot
- 1/3 für die Peripherie
- 1/3 für die Dienstleistungen
Dies gilt jedoch nur für komplexere Prozesse mit Mensch-Roboter-Kollaboration.
Die CE-Dokumentation und Programmierung ist wesentlich einfacher (und damit kostengünstiger), wenn der Arbeitsbereich z.B. durch eine Lichtschranke abgesichert ist und der Roboter einfach stoppt, wenn jemand in den Arbeitsbereich eintritt.
Manchmal gibt es Standardlösungen für Anwendungen wie Palettierung (z.B. von Robotiq) und CNC-Maschinenautomatisierung (z.B. von Robojob). Wenn diese in die Umgebung passen, können weitere Kosten eingespart werden, indem bereits entwickelte Standardkomponenten verwendet werden.
Hilfe bei weitere Fragen
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