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Weltweite Marktlage von kollaborierenden Robotern (Cobots)

Weltweite Marktlage von kollaborierenden Robotern (Cobots)

In einigen Wochen erscheint der neue World Robotics Report 2017 des IFR. Dort werden alle Verkäufe von Robotern verschiedener Arten erfasst, aber bis jetzt ist noch nicht klar, ob auch Cobots erfasst werden. Es gibt viele Konzerne als auch junge Unternehmen, welche Lösungen im Bereich der kollaborierenden Robotik entwickelt haben, aber nur wenige mit einem marktfähigen Endprodukt. Der derzeitige Marktführer ist Universal Robots (kurz: UR), wobei ABB in ihrem Jahresbericht sich selbst als Marktführer bezeichnet haben. ABB hat leider keine Zahlen herausgegeben, doch ich bezweifle, dass sie mit ihrem Cobot „Yumi“ auch nur annähernd an die Absatzzahlen von UR herankommen. Danach folgt Rethink Robotics (kurz: Rethink) und auf dem dritten Platz die Kuka AG. Die Robert Bosch GmbH gibt leider auch keine Zahlen heraus, aber ich traue mir eine Schätzung zu. Weitere Hersteller wie Fanuc geben ebenfalls keine Zahlen über den Absatz ihrer Cobots heraus. Yaskawa hat ihren Cobot HC-10 letztes Jahr auf der Automatica vorgestellt und es ist unwahrscheinlich, dass sie schon mehr als ein paar Dutzend davon verkauft haben. Stäubli hat ihren Cobot erst dieses Jahr auf der Hannover Messe vorgestellt.

Die Absatzzahlen von Cobots nach Hersteller im Jahr 2016
Absatzzahlen von Cobots in 2016 (Quelle: Teradyne, robotenomics.com, SEC und eigene Recherche)

Wie man im Diagramm sehen kann, ist Universal Robots das Zugpferd der Branche. Dies hat mehrere Gründe.

Preis

Der Preis für einen Cobot von UR beginnt bei 25.000 Euro, wodurch die Investition in Automatisierung selbst für KMUs interessant wird. Im Vergleich liegt ein Cobot von Kuka bei über 100.000 Euro und der Bosch APAS bei über 70.000 Euro.  Nur Rethink ist ebenfalls mit einem Preis ab 20.000 Euro am Markt vertreten.

Integration

Die kollaborierenden Roboter von UR können von externen Dienstleistern in eine Produktion integriert werden und diese Integration geschieht sehr schnell und effizient. Rethink führt die Integration selbst durch. Der LBR iiwa von Kuka dagegen ist meist eine Speziallösung im Sinne eines Projektes.

Roboterprogrammierung

Der Cobot von UR ermöglicht die Programmierung des Cobots über ein Drag&Drop-Menü, dazu bietet UR ein Online-Seminar für die Programmierung ihrer Roboter an. Rethink benutzt ihr eigenes Betriebssystem und der Roboter wird durch Training (“teaching”) programmiert. Kuka’s LBR iiwa basiert auf Java und es benötigt einen erfahrenen Informatiker um neue Aufträge zu implementieren.

Offenes System (für Weiterentwicklung)

Das dänische Unternehmen erlaubt auch externen Unternehmen Programme und Hardware für den UR zu entwickeln. Kuka und Rethink ermöglichen dies nicht, sondern vereinbaren exklusive Kooperationen mit anderen Unternehmen. Alle Unternehmen bieten aber die gängigen Schnittstellen an.

 

Weltweit über 21.000 Cobots in Betrieb

Die knapp 21.000 Cobots auf der Welt sind sogar mehr als die von der Bank Barclays im Jahr 2015 erwarteten Anzahl an Operational Stock. Barclays hat für das Jahr 2017 ein Ziel von 32.000 verkauften Cobots angesetzt, aber ich schätze, es wird eher die Hälfte sein, wobei ein Großteil (über 60 Prozent) durch Universal Robots geschieht. Die Dänen wachsen jedes Jahr um über 50 Prozent und stellen damit einen Segen für das Mutterunternehmen Teradyne dar.

Absatzzahlen von Universal Robots
Absatzzahlen von Universal Robots (Quelle: Teradyne, SEC, eigene Berechnung)

Universal Robots wird auch dieses und nächstes Jahr um über 50 Prozent wachsen. Rethink hat im letzten Jahr auch ein hohes Wachstum gezeigt, wobei dies möglich war, da die Roboter von externen Dienstleistern produziert werden. Die anderen Hersteller werden im Vergleich zu UR/Rethink nur kleine Schritte machen und damit hängt das Marktwachstum eigentlich von den Dänen und Amerikanern ab. Kuka erhielt vor kurzem die Zertifizierung für die medizintechnische Version ihres Cobots, weshalb ein kleiner Anstieg dort möglich ist. Ich schätze, dass die Augsburger in diesem Jahr circa 350 bis 400 Einheiten verkaufen werden.

ABB hat zwar den Nachfolger des Yumi entwickelt (“Yumi 2”), aber eine Markteinführung ist nicht bekannt.

Marktvolumen liegt bei fast 182 Millionen US-Dollar

Die Frage des monetären Marktvolumens ist schwieriger zu beantworten. Auf der Marktforschungsplattform marketsandmarkets.com feilbieten verschiedene Studien mit Angaben von 1 Milliarden US-Dollar bis 3 Milliarden US-Dollar. Nicht zu vergessen, die Studie der Barclays Bank, welche ein Marktvolumen von 12 Milliarden US-Dollar für das Jahr 2025 erwartet.

Laut dem Unternehmen Teradyne betrug das Marktvolumen zum Zeitpunkt ihrer Acquisition von Universal Robots 100 Millionen US-Dollar. Nach meinen Schätzungen lag es im Jahr 2016 zwischen 144 Millionen und 182 Millionen US-Dollar. Dieses Jahr wird das Marktvolumen über 200 Millionen US-Dollar betragen.

Ein großes Wachstum sehe ich bei Anbietern von Greifsystemen und Kollisionsschutz. Dort geschah im letzten Jahr eine kleine “Produktexplosion”, mit Highlights von Festo oder Mayser. Die Anbieter profitieren zum einen von direkten Kooperationen (bspw. Festo mit Kuka) und zum anderen auch von offenen Systemen wie das von UR.

 

Wie funktionieren Cobots?

Wie funktionieren Cobots?

Erstveröffentlichung: 7.09.2016

Aktualisierung: 7.06.2017

Das Thema ‚Cobots‘ und ‚Industrie 4.0‘ werden immer intensiver von den Betrieben diskutiert und den Cobots wird eine rosige Zukunft bevorstehen. Die Evolution von ‚Industrie 4.0‘ geschieht durch eine bessere Erfassung der Produktionsprozesse bzw. der gesamten Wertschöpfungskette mit Hilfe von IT. Sozusagen wird der Produktionsprozess nur „IT-lastiger“.


Aber wieso gibt es plötzlich Cobots? Die heutigen Industrieroboter sind doch schon jetzt sehr „IT-lastig“, einigen Industriemechanikern vielleicht sogar eher „IT-lästig“. Wie kam die Evolution der Industrieroboter zu den Cobots denn dann zustande? Durch Ingenieurskunst. An den Beispielen von ABB, KUKA und der Robert Bosch GmbH werde ich die Funktionsweise eines Cobots erklären. In diesem Eintrag werde ich die Technik im Allgemeinen erklären und die detaillierte Funktionsweise von komplementären Technologien, wie bspw. von Bildverarbeitungssystemen oder Greifersystemen, außen vor lassen.
Die Funktionsweisen kann man in die zwei unterschiedliche Typen „Ante-Kollision“ und „Post-Kollision“ unterteilen. Der APAS der Robert Bosch GmbH funktioniert nach dem „Ante-Kollision“-Prinzip, d.h. noch bevor es zu einem Kontakt oder Zusammenstoß mit einem Objekt kommen kann, stoppt der APAS. Der LBR iiwa von Kuka stoppt erst bei Kollision, also „Post-Kollision“. Dies ist möglich, da trotz hoher Geschwindigkeiten nur ein sehr niedriger Payload gegeben ist, wodurch ernsthafte Verletzungen unwahrscheinlich sind.

ABB

ABB hat im April 2015 die Gomtec GmbH gekauft und sich damit einen der innovativsten Hersteller für Cobots einverleibt. Mit dem Erwerb kamen auch ein paar nette Patente. Zum Beispeil ein Patent über kapazitive Sensorik beinhaltet und über das „intuitive Lernen“ des Cobots (vorgestellt auf der Automatica 2014). Auf der iRex 2015 in Tokyo hat ABB dann nun auch den Cobot (früher ‚Roberta‘ genannt) von Gomtec in einem weißen Gewand mit ABB-Logo gezeigt. Bis auf ein Video gibt es noch keine offiziellen Pressemitteilungen und in der Produktbroschüre für 2016 ist dieser Cobot auch nicht aufgeführt. Jedoch wird dieser Cobot die Zukunft für ABB sein. Weswegen ich die Funktionsweise des Roberta erklären werde, welche derzeit noch „Post-Kollision“ ist. Der Roberta hat sozusagen einen Drucksensor in den Gelenkantrieben jeder Achse und stoppt sobald der Manipulator mit einem Gegenstand in Berührung kommt. Wenn ich zum Beispiel den Manipulator nur minimal (mit geringem Kraftaufwand) in eine andere bzw. die entgegengesetzte Richtung „stoße“, stoppt der Cobot sofort. Das war die bisherige Funktionsweise. In nächster Zeit wird der Cobot aber einen kapazitiven Sensor besitzen und somit dem „Ante-Kollision“-Prinzip folgen. Ein Patent für die „Näherungssensoranordnung“ hat Gomtec schon angemeldet (es ist aber noch nicht erteilt). Diese Erfindung basiert auf einem NASA-Patent über kapazitive Sensorik aus den 90er Jahren. Die Gründe, warum der Roberta noch nicht vertrieben wird, könnte darin liegen, dass ABB Schwierigkeiten bei der Integration der kapazitiven Sensorik hat. Ebenso arbeitet ABB beim Thema ‚Cobots‘ intensiv mit dem Automatisierungstechnikhersteller Festo zusammen.

Festo hat aber selbst einen Prototypen, den BionicCobot, auf der HM 2017 vorgestellt und damit ihren Kooperationspartner hinsichtlich Innovationsgrad brüskiert – genauso mit dem Prototypen BionicMotionRobot.

Bosch APAS

Die kollaborative Technik des APAS basiert auf einem Sensorsystem zur Umfeldüberwachung mit kapazitiven Sensoren, d.h. bemerkt das System ein Objekt innerhalb von bspw. 5 cm, wird ein Impuls weitergegeben, der in diesem Fall den Manipulator des Cobot stoppt. Bewegt sich das Objekt (bspw. der Mitarbeiter) und befindet sich nun außerhalb dieser 5 cm, fährt der Roboter mit seinem Arbeitsauftrag fort. In Verbindung mit dem APAS Speedswitch wirkt diese Technologie noch imposanter.

KUKA

Die kollaborative Technik von Kuka’s LBR iiwa basiert vor allem auf Entwicklungen des DLR und funktioniert nach dem „Post-Kollision“-Prinzip. Ähnlich dem Cobot Roberta von Gomtec, besitzt der LBR iiwa eine gefedert abgestützte Drehmomentstütze in den Gelenkantrieben. Je nachdem wie man diese Drehmomentstütze einstellt, erzeugt diese ein Rückstellmoment. Kuka arbeitet bei der Weiterentwicklung und Applikation ihres Cobots sehr eng mit Mercedes-Benz zusammen. Daimler nutzt den Cobot bspw. schon bei der komplexen Hinterachsgetriebemontage.

Kuka hat innerhalb des letzten Jahres sein Anzahl an Greifersystemen erweitert und der LBR iiwa ist eigentlich in sehr vielen Bereichen anwendbar. Kuka’s Cobot wird auch von vielen Tier0-Zulieferern und Automobilherstellern genutzt.

Vielen Cobots arbeiten nach dem gleichen Prinzip

Marktführer Universal Robots (UR-Modelle), Fanuc (CR-Modellreihe), Yaskawa (HC-10), Stäubli, Denso und Rethink Robotics (Baxter, Sawyer) nutzen scheinbar die gleiche Technik (leider ist eine ausgiebige Patentrecherche nicht möglich). Auch diese Cobots arbeiten nach dem „Post-Kollision“-Prinzip.

Ante-Kollision Post-Kollision
Bosch APAS Fanuc CR4-iA, CR7-iA, CR7-iA/L, CR35-iA
ABB Yumi (TBA) Universal Robots UR3, UR5 & UR9
Yaskawa Hc-10
ABB Yumi
Rethink Robotics Baxter & Sawyer
Kuka LBR iiwa
Schunk BionicCobot
Denso Cobotta
Stäubli TX2 Touch

Jeder Roboterhersteller versucht jetzt in diesen Markt zu dringen und das Potenzial abzuschöpfen. Bis auf ABB und Bosch APAS basieren alle auf dem gleichen Prinzip und bringen dadurch Einschränkungen iSv. Payload, Geschwindigkeit und Einsatzgebiet. Trotzdem bieten sie für die SME eine neue Möglichkeit zur Automatisierung und Optimierung ihrer Produktionsprozesse. Ohne neue Entwicklung um sich vom „Post-Kollision“-Prinzip zu entfernen, wird dies zu Preiskämpfen unter den Herstellern führen, sobald die erste Sättigungsphase im Markt eingesetzt hat.

 

Anmerkung: Bei den verlinkten Pantenten handelt es sich um Offenlegungsschriften, d.h. sofern nicht vermerkt, ist das Patent noch nicht erteilt.