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Schlagwort: R&D

Wie funktionieren Cobots?

Wie funktionieren Cobots?

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 angmeldet (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. Die Bildverarbeitungs- und Greifertechnologie wird höchstwahrscheinlich in Kooperation mit Festo entwickelt, wodurch es auch hier zu Problemen bei der Integration kommen könnte.

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 Drehmomentsstütze 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.

Vielen Cobots arbeiten nach dem gleichen Prinzip

Marktführer Universal Robots (UR-Modelle) wie auch Fanuc (CR35-iA), Yaskawa (HC-10) und Rethink Robots (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 CR35-iA (CR7-iA vorgestellt)
ABB Yumi (TBA) Universal Robots UR3, UR5 & UR9
Yaskawa Hc-10
ABB Yumi
Rethink Robotics Baxter & Sawyer
Kuka LBR iiwa



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.