Browsed by
Schlagwort: Yaskawa HC-10

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.

 

Neuigkeiten bei Cobots in KW 47

Neuigkeiten bei Cobots in KW 47

Nach 5 Wochen wird es mal wieder Zeit ein paar Neuigkeiten im Bereich kollaborierende Robotik vorzustellen. BMW wird bis Jahresende 40 Cobots in der Produktion einsetzen und Mercedes erweitert den Aufgabenbereich ihrer Cobots bei der Produktion der neuen E-Klasse. Dazu hat Yaskawa eine mobile Plattform mit Kinematik vorgestellt.

 

BMW setzt 40 kollaborierende Roboter ein

Im Deutschlandfunk gab es eine Diskussion über Cobots. Für diesen Bericht wurde Ralf Schönherr, Bereichsleiter für innovative Robotersysteme bei BMW, ebenfalls interviewt. Die Anzahl der Cobots bei BMW hat sich nach eigener Aussage verdoppelt – von 20 auf 40 Einheiten. Schon im Oktober wurde bekannt, dass MagnaSteyr bei der Produktion des neuen 5er BMW kollaborierende Roboter einsetzen wird. Im Bericht beschrieb Schönherr Cobots mit „Post-Kollision“-Prinzip.

 

Mercedes-Benz setzt bei der neuen E-Klasse Cobots ein

In einem Bericht in der Fachzeitschrift ‚Beschaffung aktuell‘ gab Markus Schäfer [Bereichsvorstand Mercedes-Benz Cars] bekannt, dass auch bei der Produktion der neuen E-Klasse in Sindelfingen kollaborierende Roboter zum Einsatz kommen. Neben der Montage von Doppelkupplungsgetrieben im Werk Hedelfingen durch Kuka’s LBR iiwa werden die Cobots nun in die Rohkarosserie eingesetzt und übernehmen ergonomisch angestrengende Aufgaben [bspw. Arbeiten über Kopf]. Ebenso wird derzeit getestet, ob der Cobot [gesteuert per Tablet und Wifi] bei der Montage des Dachhimmels helfen könnte. Schäfer gab auch an, dass nun ein Produktionsmitarbeiter bei der Montage von Head-Up-Displays eingesetzt wird. Vorher wurde diese Aufgabe durch Industrieroboter [in einer Schutzumgebung] durchgeführt. Ein Produktionsmitarbeiter hat sich für diese Aufgabe aber als flexibler erwiesen.

 

Yaskawa stellt mobile Plattform vor

Yaskawa hat eine mobile Plattform mit Kinematik vorgestellt. Diese ist mit einer „gewöhnlichen Kinematik“ ausgestattet aber eine Kombination mit Yaskawa’s neuem Cobot HC-10 ist sehr naheliegend. Damit würde Yaskawa in direkte Konkurrenz mit Kuka’s mobilem Cobot KMR iiwa treten.

 

 

 

Wie funktionieren Cobots?

Wie funktionieren Cobots?

Erstveröffentlichung: 7.09.2016

Aktualisierung: 08.11.2017

Die Themen ‚Cobots‘ und ‚Industrie 4.0‘ werden immer intensiver von den Unternehmendiskutiert 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 schon jetzt sehr „IT-lastig“, einigen Industriemechanikern vielleicht sogar eher „IT-lästig“. Wie kam die Evolution der Industrieroboter zu den Cobots trotz dessen zustande? Die Antwort: durch Ingenieurskunst. An den Beispielen von ABB, KUKA und der Robert Bosch GmbH werde ich die Funktionsweise eines Cobots erklären. In diesem Eintrag wird der Fokus auf der Erläuterung der Technik im Allgemeinen liegen. Die detaillierte Funktionsweise von komplementären Technologien, wie bspw. von Bildverarbeitungssystemen oder Greifersystemen, werde ich dabei außen vor lassen.

Seit dem Jahr 2016 gibt es eine Norm für kollaborierende Robotersysteme: die ISO TS 15066. Diese Norm wurde im Jahr 2017 auch in deutscher Sprache veröffentlicht. Dazu gibt es die bekannten Normen DIN EN ISO 10218-1 (Roboter) und DIN EN ISO 10218-2 (Robotersysteme und Integration). Neben diesen Normen ist die Berufsgenossenschaft Holz und Metall ein kompetenter Ansprechpartner und hat schon sehr viel Erfahrung mit Cobots gesammelt. In der ersten Version dieses Blogeintrages habe ich die Funktionsweise von Cobots noch in zwei Arten unterteilt:

“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.” (September 2016)

In der neuen Norm TS 15066 wird die Mensch-Roboter-Kollaboration in vier Kollaborationsarten eingeteilt:

  • Handführung,
  • Sicherheitsgerichteter Stopp,
  • Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung und
  • Leistungs- und Kraftbegrenzung.

Die meisten Hersteller nutzen eine Leistungs- und Kraftbegrenzung (bspw. ABB, Fanuc, Kuka, Universal Robots oder Yaskawa) und der DGUV sieht die Leistungs- und Kraftbegrenzung ebenso im Vorteil. Die Hersteller setzen auf Drehmoment- oder Kraftsensoren und weitere Entwicklungen in den Gelenkantrieben. Einzig Bosch APAS und Blue Danube Robotics setzen auf andere Technologien. Teilweise werden Kollaborationsarten auch in Rangfolgen gestellt, um so den jeweiligen Roboter eines Herstellers als “wahre” MRK-Lösung darzustellen. Es kann viel darüber diskutiert werden, was nun eine Mensch-Roboter-Koexistenz oder eine Mensch-Roboter-Kollaboration ist. Meiner Ansicht nach ist die Leistungs- und Kraftbegrenzung keine vollständige Mensch-Roboter-Kollaboration, da ein Zusammenstoß von Cobot (also dem Manipulator) und Mensch in einer kollaborierenden (also zusammenarbeitenden) Beziehung nicht vorkommen sollte. Meine Sichtweise ist dabei konträr zu dem, was die Maschinenrichtlinie 42/2006 EG ermöglicht bzw. erlaubt. Wenn man nun aber die Greifersysteme betrachtet, sollte die Definition von MRK wieder auf die Leistungs- und Kraftbegrenzung ausgerichtet werden. Die Definitionen hängen auch davon ab, ob man den Einsatz von MRK aus sicherheitsrelevanter oder betriebswirtschaftlicher Perspektive betrachtet.

Unter Konformität aller relevanten Sicherheitsnormen (MRL 42/06 und ISO TS 15066) sind Cobots dazu da, damit Mensch und Roboter zusammenarbeiten (bspw. bei der Montage von Kleinteilen). Die betriebswirtschaftliche Perspektive sieht in Cobots eher die Möglichkeit (kosten-) effizienter und prozessorientierter zu produzieren. Ein Beispiel für Ersteres zeigt dieses Video von ABB:

Ein Beispiel für die andere Sichtweise zeigt diesen Video von Rethink Robotics: 

Dort arbeiten die Cobots neben den Mitarbeitern, ohne dass es zu einer direkten Zusammenarbeit kommt. Bei diesen beiden Perspektiven spielt die CE-Zeichnung eine wichtige Rolle. Die Thematik ist sehr komplex und muss von den einzelnen Unternehmensbereichen verstanden werden.

Ein weiterer Punkt, der bei einigen Herstellern (bspw. in Werbevideos) gezeigt wird, ist die Mobilität von Cobots. Das heißt, dass man den Cobot von Maschine A zur Maschine B (quer durch die Produktionshalle) schiebt und diesen kollaborierenden Roboter dann an Maschine B arbeiten lässt. Teilweise ist dies möglich, hängt aber von der Konformitätsbewertung i.S.d. Maschinenrichtlinie ab.

 

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 Beispiel ein Patent über kapazitive Sensorik 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 eine Leistungs- und Kraftbegrenzung aufweist. 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 einem sicherheitsgerichteten Stopp oder eine Geschwindigkeitsbegrenzung haben. 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 Cobots stoppt. Bewegt sich das Objekt (bspw. der Mitarbeiter) und befindet sich nun außerhalb dieser 5 cm, fährt der Roboter mit seinem Arbeitsauftrag fort. Des Weiteren gibt es noch eine Fernbereichsüberwachung durch Laserscanner.

KUKA

Die kollaborative Technik von Kuka’s LBR iiwa basiert vor allem auf Entwicklungen des DLR und funktioniert nach der Leistungs- und Kraftbegrenzung. 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 seine Anzahl an Greifersystemen erweitert Der LBR iiwa ist grundsätzlich in sehr vielen Bereichen anwendbar. Kuka’s Cobot wird auch von vielen Tier0-Zulieferern und Automobilherstellern genutzt.

Viele 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 System der Leistungs- und Kraftbegrenzung.

Sicherheitsgerichteter Stopp Leistungs- und Kraftbegrenzung
Bosch APAS Fanuc CR4-iA, CR7-iA, CR7-iA/L, CR35-iA
ABB Yumi (TBA) Universal Robots UR3, UR5 & UR10
Yaskawa HC-10
ABB Yumi
Rethink Robotics Baxter & Sawyer
Kuka LBR iiwa
Schunk BionicCobot
Denso Cobotta
Stäubli TX2 Touch
Franka Emika Panda

 

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 i.S.v. Payload, Geschwindigkeit und Einsatzgebiet. Trotzdem bieten sie für die SME eine neue Möglichkeit zur Automatisierung und Optimierung ihrer Produktionsprozesse. Ich hatte in der ersten Version des Artikels davon gesprochen, dass:

“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.”

Diese erste Sättigungsphase hat meiner Meinung nach eingesetzt, denn Hersteller wie Rethink Robotics oder Franka Emika greifen den Cobot-Markt in einer Preisspanne von unter 30.000 Euro an. Bosch bietet den APAS (für Fanuc-Programmierer) seit kurzer Zeit für 50.000 Euro an und ist damit von einer Preispolitik abgerückt, die vormals doppelt so hoch lag.

 

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