Kollaborativer Comau-Roboter mit beinahe menschlicher Sensitivität
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Kollaborativer Comau-Roboter mit beinahe menschlicher Sensitivität

Kollaborative Robotik
Comau baut Roboter mit menschenähnlicher Sensitivität

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Intelligente kollaborative Roboter erobern die fertigende Industrie. Mensch und Roboter arbeiten zunehmend ohne Schutzzäune zusammen. Welche Herausforderungen die Mensch-Roboter Kollaboration mit sich bringt, erklärt Christoph Anding, Country Sales Manager Germany bei der Comau Deutschland GmbH im Interview mit KEM Konstruktion. Zudem verrät er, was es mit dem kollaborativen Fertigungskonzept Humanufacturing auf sich hat.

Interview: Johannes Gillar, stellvertretender Chefredakteur KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Der Markt für kollaborative Roboter (Cobots) soll den Prognosen zufolge in den nächsten Jahren weiterhin wachsen und einer der maßgeblichen Wachstumstreiber des gesamten Automationsmarkts bleiben. Welche Gründe gibt es dafür?

Christoph Anding: Kollaborative Roboter eröffnen neue Möglichkeiten, gerade in Bezug auf die Interaktion mit dem Menschen. Vor allem lassen sich mithilfe dieser Cobots Arbeitsschritte zusammenfassen, für die man derzeit mehrere Zellen benötigt. So können verschiedene Prozesse in der Zukunft einfach zusammenwachsen, was das Ganze bezüglich der Zusammenarbeit von mehreren Prozessschritten agiler macht.

KEM Konstruktion: Cobots bieten im Vergleich zu traditionellen Industrierobotern Vorteile in Sachen Anschaffungskosten, was sie insbesondere für mittelständische Unternehmen interessant macht. Mit welchen Folgekosten müssen Unternehmen rechnen, die in einen Cobot investieren?

Anding: Cobots sind in den Anschaffungskosten sogar oftmals teurer als Standard-Industrieroboter. Gerade, wenn man über Technologien spricht, die Berührungen verhindern, und die über Kraftmomentsensoren hinausgehen, sind herkömmliche Industrieroboter über die Gesamt-Laufzeit oft günstiger. Das liegt daran, dass man für die Mensch-Roboter-Kollaboration zum einen das Gesamtkonzept berücksichtigen muss, also nicht nur den Roboter als einzelnes Produkt, sondern auch die Kosten der Zelle, der Sicherheitstechnik und so weiter. Am Ende des Tages sind das zusätzliche Investitionen, um aus dem Produkt Roboter ein System zu bauen und auch um in der Zukunft die Wartungskosten zu minimieren. Zum anderen müssen bei Cobots auch die Kosten für die Zertifizierung der eingesetzten Sicherheitskomponenten eingepreist werden. Hierbei stellt sich dann auch die Frage: Habe ich einen geschlossenen Sicherheitskreis aus einer Hand oder besteht meine Lösung aus mehreren Sicherheitskomponenten verschiedener Hersteller?

KEM Konstruktion: Welche Einsatzmöglichkeiten bieten kollaborierende Roboter in der Praxis, speziell für kleine und mittelständische Unternehmen?

Anding: Man kann mit kollaborativen Robotern sowohl hochkomplexe Anlagen automatisieren – hier hat Comau selbst einige Projekte im hohen Lastbereich umgesetzt – als auch kleinere Anlagen im Mittelstand. Gerade für mittelständische Unternehmen gibt es viele Vorteile durch den Einsatz von Cobots. Der Grund sind neue Möglichkeiten hinsichtlich der Programmierung beziehungsweise bei den Teaching-Verfahren. Dadurch eröffnet sich auch für ‚Cobot-Einsteiger‘ ein Potenzial, allerdings muss man beim Einsatz kollaborativer Roboter zwingend den Aspekt Sicherheit und Risikoeinschätzung berücksichtigen. Bei geschlossenen Systemen ist das ein wichtiges Thema, denn Roboterzellen müssen bewertet werden, egal ob sich ein Standardindustrieroboter oder ein kollaborativer Roboter darin befindet, und Betreiber müssen eine Risikoanalyse durchführen. Anschließend muss man das noch zertifizieren beziehungsweise zertifizieren lassen. Gerade bei kleineren kollaborativen Robotern ist es wichtig, die Themen Zertifizierung und Sicherheit nicht aus den Augen zu verlieren, im Irrglauben, dass der Roboter letztendlich sicher ist.

KEM Konstruktion: Mit dem AURA-Roboterarm bietet Comau auch einen kollaborativen Roboter an. Welche Vorteile bietet das System dem Anwender im Allgemeinen und in der Interaktion mit Menschen in der industriellen Fertigung im Besonderen?

Anding: Bei der Entwicklung unseres AURA-Roboters – AURA steht für Advanced Use Robotic Arm – haben wir einen Standardindustrieroboter aus unserem Portfolio als Grundlage genutzt. Der Roboter hat eine speziell für industrielle Umgebungen entwickelte Beschichtung. Diese Haut ist der Sensitivität menschlicher Haut nachempfunden. Sie ermöglicht es ihm, die Anwesenheit des Bedieners oder eines anderen Automatisierungssystems wahrzunehmen und im Bedarfsfall langsamer zu werden oder zu stoppen. Im Einzelnen erfolgt der Betrieb des Roboters durch die kombinierte Nutzung von wahrnehmenden und vorausschauenden Steuerungssystemen, die es ihm gestatten, in jedem Industrieprozess auf sichere und intelligente Weise mit Menschen zu kooperieren. Mit sechs Sicherheitsabstufungen und einem modularen Ansatz unterstützt das System den Menschen bei der Durchführung manueller Tätigkeiten und dies ohne irgendeine Absperrung. Der Roboter kann sowohl in einem kollaborativen als auch in einem nicht-kollaborativen High-Speed-Modus benutzt werden. Zudem verfügt AURA über leistungsfähige Näherungssensoren, die Bedienerbewegungen erkennen und entsprechend reagieren, um Kollisionen zu vermeiden. Das ist ein großer Benefit, denn ein 170-kg-Roboter mit 2,8 m Reichweite ist natürlich schon ein schweres Gerät, dessen Berührung für einen Werker fatale Folgen habe würde. Eine weitere wichtige Option für ein sicheres kollaboratives System ist eine Umhausung für den Greifer den Comau kundenspezifisch anbietet. Über diese ist die sensitive Haut fortgeführt und somit kann auch der Endeffektor sensitiv ausgeführt werden und stellt keine Gefahr mehr da.

KEM Konstruktion: Ist dieses System aus Beschichtung und Berührungs- beziehungsweise Näherungssensor zertifiziert?

Anding: Wir haben ein CE-Teil-1- und eine TÜV-Zertifizierung gemäß EN ISO 13849-12015 für das Produkt, mit Fokus auf den Berührungssensor. Der Grund dafür ist, dass der Näherungssensor projektspezifisch eingerichtet werden muss, um eine Produktzertifizierung zu erreichen. Das heißt, die Sicherheit des Systems ist nachgewiesen, weshalb die Kunden diesen Teil des Systems nicht in ihrer Sicherheitsbewertung berücksichtigen müssen.

KEM Konstruktion: Mit Humanufacturing haben Sie ein kollaboratives Fertigungskonzept entwickelt. Was muss man sich darunter genau vorstellen und wie passen die AURA-Roboter in dieses Konzept?

Anding: Humanufacturing stellt den Menschen ins Zentrum einer kollaborativen, sicheren und synergetischen Fertigungsumgebung. Das heißt, bei diesem Konzept sind Menschen die Hauptakteure – zusammen mit modernen, digitalen Werkzeugen, Basistechnologien und „intelligenter“ Industrierobotik im Rahmen eines vernetzten Produktionssystems. Die Produkte von Comau, die wir unter dem Namen Humanufacturing zusammenfassen, wie zum Beispiel der AURA-Roboter, die Automated Guided Vehicles Agile 1500, unsere automatisierte Montagestation SmartRob oder das Mate-Exoskelett für den Oberkörper, sollen den Menschen unterstützen und entlasten in der Arbeit in der Produktion.

KEM Produktion: Ein Stichwort bei der Entwicklung von Cobots ist deren Vernetzung mit anderen Systemen. Welche Technologien werden hierbei eingesetzt? Einerseits mit Blick auf zu integrierende Bauelemente wie Sensoren und Bildverarbeitungssysteme, andererseits in Bezug auf die Kommunikation. Wie ist Comau diesbezüglich aufgestellt?

Anding: Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass man Industriestandards verwendet, insbesondere im Bereich der Sicherheitstechnik. Benötigt werden zudem redundante, sicherheitszertifizierte Systeme. Speziell beim AURA-Roboter erfolgt die Safety-Kommunikation über das Profinet-Protokoll zu einer übergeordneten Steuerung, um sicher zu kommunizieren und nicht mehr Kabel auf Sicherheitseingänge verdrahten zu müssen. Das Ganze läuft über eine Bus-Kommunikation und über gesicherte Standardprotokolle. Bei der Sensorik, ist es wichtig, dass man Komponenten einsetzt, die die Industrie- und Sicherheitsstandards erfüllen. Hier haben wir mit mehreren Forschungsinstituten daran gearbeitet, um sichere und zugelassene Technik einsetzen zu können.

KEM Konstruktion: Welche Rolle spielt OPC UA over TSN für die Roboterkommunikation?

Anding: Der Kommunikations-Standard OPC UA over TSN beschäftigt sich auch mit Robotern. Da Comau einen eigenen Robotercontroller hat und diesen auch stetig weiterentwickelt, ist OPC UA over TSN ein großes Thema für uns. Hier sind wir auch mit den entsprechenden Organisationen wie der OPC Foundation in Kontakt, um das Ohr am Puls des Marktes zu haben und auf dem Laufenden zu bleiben. Das M2M-Kommunikationsprotokoll OPC UA ist aktuell stark verbreitet und verbreitet sich weiter. Gerade in der Roboterindustrie ist das ein großes Thema.

KEM Konstruktion: Ein weiteres Thema im Zusammenhang mit kollaborativen Robotern ist die Safety. Typische Industrieroboter in der Fabrik arbeiten bisher hinter Schutzzäunen, um die Bediener zu schützen. Was müssen Roboter-Hersteller wie Comau tun, um eine gefahrlose MRK zu ermöglichen?

Anding: Neben einer sicheren Technologie im Roboter, wie bereits beschrieben, muss man vor allem das Bewusstsein der Beteiligten – also Integratoren, Betreiber und Endanwender – für die möglichen Gefahren schärfen. An der Stelle arbeiten wir an Schulungskonzepten, wie wir Integratoren auf unseren AURA-Roboter schulen können. Ziel ist es, den Integratoren zu erklären, wie sie den Roboter in Betrieb nehmen müssen, wie sie die Sicherheitsschwerpunkte einzuschätzen haben, welche Parameter sie beim Sensor tunen können und worauf sie achten müssen, um am Ende die Zelle vom TÜV abgenommen zu bekommen. Das sind die beiden Punkte, auf die wir als Roboterhersteller fokussieren.

KEM Konstruktion: Wie manipulationssicher sind Ihre Roboter-Systeme?

Anding: Kein System ist vollkommen manipulationssicher. Grundsätzlich versuchen wir jegliche Gefahrenquellen, soweit es in unserer Macht liegt, auszuschließen. Wenn der Roboter richtig eingerichtet ist, mit einem Passwortschutz versehen ist und über weitere Sicherheitsvorkehrungen verfügt, die verhindern, dass der Bediener Manipulationen vornimmt, kann man eine Elektronik nur schwer manipulieren. Bei einem Ausfall der Sensorik, einem Defekt oder einer Abschaltung, ist unsere Sicherheitstechnik so aufgebaut, dass es zum Fehler kommt. Der Roboter bleibt mit Not-Aus-Signal stehen, wenn die Verbindung zum Sensor verloren ist. Diesbezüglich müssen wir Roboterhersteller auch deutsche und europäische Normen erfüllen. – was wir mit AURA auch tun.

KEM Konstruktion: Welche Rolle spielt bei der sicheren Mensch-Roboter-Kollaboration die Risikobeurteilung der Gesamtanwendung?

Anding: Das spielt eine sehr große Rolle. Es gibt Vorteile bei kollaborativen Systemen. Denn ein kollaborativer Roboter ist oftmals einfacher gebaut als eine herkömmliche Industrieroboter-Zelle. Das wirkt sich natürlich auch auf das Sicherheitskonzept aus. Das heißt, man hat im Idealfall ein kollaboratives System mit einer Schutzeinrichtung von einem Roboterhersteller. Ein Beispiel ist das AURA-System von Comau. Hier bietet schon die Hülle mehrere Sicherheitsfunktionen, die auch zertifiziert sind. Somit sehen wir hier eine große Erleichterung, denn bei kleineren Anwendungen oder Zellen muss man weniger bewerten, da es nur einen kollaborativen Roboter gibt. Letztendlich hängt das aber auch von der Applikation und deren Komplexität ab. Der Vorteil einer Lösung aus einer Hand ist zudem, dass man nur noch die Umgebungsbedingungen in die Bewertung mit einbeziehen muss und nicht das System aus mehreren zertifizierten Produkten vereinen und sich über deren Zusammenspiel Gedanken machen.

KEM Konstruktion: Normen, wie die ISO/TS 15066, legen die Leistungs- und Kraftbegrenzungen für „kollaborierende Roboter“ fest. Reichen diese Normen heute noch aus oder besteht hier vor dem Hintergrund der Entwicklung hin zu autonomen selbstlernenden Robotern Anpassungsbedarf?

Anding: Comau hat mit der AURA-Entwicklung schon einen anderen Weg beschritten, denn bei unserem Roboter muss es durch den Näherungssensor zu keiner Berührung kommen. Wir haben ein System geschaffen, das sicher ist und schon heute über die Norm hinausgeht. Der Grund ist, ohne Berührung gibt es keine Kraft, die auf den Menschen wirkt. Insgesamt wird sich beim Thema Normen die nächsten Jahre noch sehr viel tun. Denn die Technologie entwickelt sich stetig weiter, es gibt immer neue Features und Ideen bei Produkten, die auch immer weiter fortschreiten, was die Regelwerke und Normen immer wieder auf die Probe stellt. Für die Zertifizierung braucht es vielleicht neue Wege, um diese Technologien einheitlich zu bewerten.

www.comau.com

Details zum kollaborativen Fertigungskonzept Humanufacturing von Comau:

hier.pro/9rJCP


Christoph Anding, Country Sales Manager Germany, Comau Deutschland GmbH
Bild: Rüdiger J. Vogel/Konradin Mediengruppe

„Gerade für mittelständische Unternehmen gibt es viele Vorteile durch den Einsatz von Cobots. Der Grund sind
neue Möglichkeiten hinsichtlich der Programmierung beziehungsweise bei den Teaching-Verfahren.“


Christoph Anding, Country Sales Manager Germany, Comau Deutschland GmbH
Bild: Rüdiger J. Vogel/Konradin Mediengruppe

„Der AURA-Roboter hat eine speziell für industrielle Umgebungen entwickelte Beschichtung. Diese Haut ist der Sensitivität menschlicher Haut nachempfunden.“


Christoph Anding, Country Sales Manager Germany, Comau Deutschland GmbH
Bild: Rüdiger J. Vogel/Konradin Mediengruppe

„Kollaborative Roboter eröffnen neue Möglichkeiten, gerade in Bezug auf die Interaktion mit dem Menschen. Vor allem lassen sich mithilfe dieser Cobots Arbeitsschritte zusammenfassen, für die man derzeit mehrere Zellen benötigt.“


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