Cobots

• Sharework-Projekt: EU-finanziert, Fokus auf Mensch-Roboter-Kollaboration ohne physische Schutzbarrieren.
• Zentrale Anliegen: Entwicklung von Geschwindigkeitsregler und Wahrnehmungssystem für sichere Kollaboration mit LiDAR-Sensorik und Kameras.
• Praxistests mit SEAT S.A. zeigen intelligente Zonenaufteilung, erhöhte Roboterbewegungsgeschwindigkeit und verbesserte Akzeptanz. Erfolgreiche Erprobung in verschiedenen Industriezweigen für Effizienzsteigerung.

Die Item Industrietechnik GmbH montiert im Produktionszentrum Pipersberg in Solingen u. a. Kleinteile. Ziel war es schlanke Prozesse zu etablieren, weshalb man sich dazu entschied, Prozesse zu automatisieren. Im Rahmen des Kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) analysierte das Unternehmen intern die Bereiche Bearbeitung, Montage und Konfektionierung, um herauszufinden, wie die Prozesse optimiert werden könnten. Ein eigens gebildetes Team untersuchte die gesamte Prozesskette sowie die genutzten Produkte und Systeme. Als Ergebnis entschied sich das Unternehmen, einen Leichtbauroboter von der Firma UR einzusetzen. Die neue Lösung zielt vor allem auf die Fertigung kleiner Losgrößen ab. Ein Beispiel ist die manuelle Montage einer Laufrolle aus mehreren Komponenten. Dieser Prozess wird durch den Cobot optimiert, um die Mitarbeiter zu entlasten. Der kollaborative Roboter übernimmt Aufgaben, die zuvor manuell erledigt wurden. Er entnimmt Komponenten aus Magazinen und fügt diese automatisch zusammen. Der Roboter sortiert die fertigen Produkte in Werkstückträger ein. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Mitarbeiterbelastung und eine effizientere Nutzung ihrer Zeit.

Die erfolgreiche Cobot-Implementierung gelang laut Unternehmensangaben auch deshalb, weil Mitarbeitende früh in den Implementierungsprozess eingebunden und Ideen und Wünsche berücksichtigt wurden. Die einfache und intuitive Bedienung des Cobots war wichtig, um eine breite Nutzung durch die Mitarbeitenden zu gewährleisten. Eine erfolgreiche Integration von Cobots erfordert auch die Beachtung sicherheitstechnischer Aspekte. Das Unternehmen sorgte deshalb dafür, dass der Cobot in die Arbeitsumgebung integriert wurde, um den Kontakt mit Mitarbeitenden zu minimieren. Virtuelle Zäune und Sicherheitsmaßnahmen wurden beispielsweise eingesetzt, um eine sichere Mensch-Maschine-Kollaboration zu gewährleisten. Auch die Zusammenarbeit mit zuverlässigen Partnern und die Nutzung zertifizierter Komponenten spielten eine wichtige Rolle im Erfolg des Projekts.

Die häwa GmbH aus Duisburg ist u. a. Experte im Schaltschrank- und Gehäusebau. Zukünftig erweitert das Unternehmen sein Geschäftsfeld um flexible Lösungen für individuelle und Cobot-Arbeitsplätze und dem reibungslosen Einsatz.

Häufig liegt der Fokus bei Cobots auf Zubehör wie Greifer, Sensorik und Sicherheit, während die Bedeutung eines passenden Gesamtarbeitsplatzes oft übersehen wird. Das Ziel des Unternehmens ist es deshalb, die Mitarbeitenden zu unterstützen und ihre Zufriedenheit sowie Effizienz zu steigern. Um den vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden, bietet Häwa ein modulares Angebot für maßgeschneiderte Cobot-Arbeitsplätze an, die flexibel an die individuellen Bedürfnisse von Unternehmen angepasst werden können. Diese Arbeitsplätze variieren je nach den spezifischen Aufgaben des Cobots und den Umgebungsbedingungen. Die Cobot-Arbeitsplätze bieten Platz für den Cobot selbst, seine Steuerung und weitere Elektronik. Zudem können Materialbereitstellungskisten, Vorrichtungen und Aufnahmen für Bearbeitungsprozesse auf der Arbeitsfläche untergebracht werden. Wenn Mobilität gefordert ist, können die Arbeitsplätze mit Bodenrollen und Feststellbremsen ausgestattet werden.

Stäubli Electrical Connectors aus Essen hat eine Montageanlage entwickelt, die der Serienfertigung eine hohe Flexibilität verleiht. Mobile Roboter-Montagemodule können in einer Minute nahtlos an der Produktionslinie angedockt werden.

Im dazugehörigen Unternehmen in Weil am Rhein werden unterschiedliche Varianten von Buchsen und Steckern mit einer patentierten Kontakttechnologie montiert. Dies erfordert eine robotergestützte Präzisionsmontage ohne Fehler, mit einer Toleranz von 20 bis 30 Mikrometern. Die Losgrößen schwanken dabei stark von 20.000 bis 2.000.000. Die Montageanlage kann bei hoher Auslastung erweitert werden und ermöglicht die gleichzeitige Montage eines Artikels auf zwei parallelen Fertigungslinien. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, wurden Roboter angeschafft, die bereits anderweitig im Unternehmen eingebunden waren. Eine weitere herausfordernde Aufgabe bestand darin, mobile Montagemodule mit darauf montierten Robotern und Peripheriegeräten innerhalb von 30 Sekunden an die Produktionslinie anzudocken und sofort mit der Montage zu beginnen. Die Schlüsselkomponente für diese nahtlose Ankopplung ist ein modulare Steckverbinder. Dieser Steckverbinder ist sowohl an der Station als auch am mobilen Modul angebracht und ermöglicht eine automatische Verbindung aller Energie- und Medienkreisläufe beim Andocken. Die gesamte Montagelinie besteht aus zwölf Modulen, die über ein lineares Transportsystem miteinander verbunden sind. Auf den sog. Movern dieses Systems befinden sich teilespezifische Vorrichtungen, die von den Robotern bestückt werden. Die Montage umfasst verschiedene Schritte, einschließlich der Verbindung von Multilam mit Steckern oder Buchsen. Jeder Stecker unterläuft eine hundertprozentige Qualitätskontrolle, und eine kamerabasierte Endkontrolle gewährleistet die Genauigkeit. Dank optimierter Umrüstvorgänge und eines Roboter-Werkzeugwechselsystems kann die Anlage schnell auf verschiedene Produktvarianten umgestellt werden. Die Anlage kann vielfältige Varianten produzieren und zukünftig weitere Prozesse integrieren.

In Kooperation mit EDAG Production Solutions aus Fulda entwickelte und errichtete der Lehrstuhl für Produktionssysteme der Ruhr-Universität Bochum eine vollständig vernetzte, hybride Montageanlage mit einem funktionalen virtuellen Abbild. Der Fokus der Forschung liegt auf der Optimierung einzelner Teilsysteme sowie auf der Simulation von Arbeitsplätzen für die Mensch-Roboter-Kollaboration.

Die hybride Montageanlage „COssembly“ besteht aus insgesamt acht Industrierobotern und verschiedenen Assistenzsystemen. Fünf der acht Roboter sind speziell für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ausgelegt, was eine Zusammenarbeit an schutzzaunlosen Arbeitsplätzen ermöglicht. Um die Forschung im Bereich der hybriden Montage voranzutreiben, sind auch zwei manuelle Arbeitsplätze in das Produktionssystem integriert. Damit können Generatoranschlusskästen für Photovoltaikanlagen als typische Produkte der Elektronikindustrie in einer MRK-Umgebung hergestellt werden.

Die „COssembly“ unterscheidet sich von herkömmlichen industriellen Produktionsanlagen durch ihre heterogene Systemstruktur. Die Montageanlage kombiniert hauptsächlich MRK-fähige Roboter verschiedener Herstellerinnen und Hersteller mit leistungsfähigen Assistenzsystemen. Zum Beispiel arbeiten Mitarbeitende direkt mit einem Fanuc CR-7iA-Roboter zusammen, um Kabeldurchführungen zu befestigen, während das mobile Robotersystem Kuka KMR iiwa die elektrischen Verbindungselemente vorpositioniert, bevor der kollaborative Zweiarm-Roboter YuMi von ABB die abschließende Spannungsprüfung durchführt. Neben dem Aufbau der funktionsfähigen Demonstrationsanlage wurde auch ein funktionales virtuelles Abbild der COssembly erstellt. Dadurch konnten das Sicherheitskonzept und die Funktionalität der vernetzten Teilsysteme vorab simulativ validiert werden.

Das hybride Montagesystem COssembly bietet vielfältige Möglichkeiten für Untersuchungen in der Industrie- und Grundlagenforschung, da es eine breite Palette von Roboter- und Assistenzsystemen einsetzt. Aktuelle Forschungsvorhaben beschäftigen sich u. a. mit dem ortsflexiblen Einsatz der mobilen Roboterplattform, der automatisierten Materialbereitstellung und Feinlokalisierung des mobilen Roboters Kuka KMR iiwa in der Produktionsumgebung. Zukünftige Forschung zielt darauf ab, das Einsatzspektrum der Roboterplattform auf die mobile Wartung und Instandhaltung des hybriden Montagesystems auszuweiten. Die Integration zusätzlicher Sensorik soll den bidirektionalen Datenaustausch zwischen der COssembly und dem virtuellen Abbild ermöglichen, um Echtzeit-Sensordaten in das virtuelle Modell zurückzuführen.

Das virtuelle Abbild der Montageanlage soll auch zur Entwicklung von Planungswerkzeugen für hybride Montagesysteme mit MRK-Arbeitsplätzen genutzt werden. Dabei werden die Auslegung von Arbeitsplatzumgebungen für den sicheren Wechsel zwischen Mensch und Cobot sowie die Simulation neuer MRK-Sicherheitskonzepte betrachtet. Diese Erkenntnisse sollen in Schulungsangebote einfließen und die Akzeptanz des Einsatzes kollaborativer Roboter in schutzzaunlosen Arbeitsräumen weiter steigern

Die Albrecht Jung GmbH und Co. KG setzt kollaborierende Roboter ein, um ihre Produktion teilweise zu automatisieren. Das Unternehmen aus dem Sauerland, das auf Elektroinstallationstechnik spezialisiert ist, reagiert damit auf die steigenden Anforderungen des Marktes und organisiert seine Produktion nach Lean-Prinzipien.

Ein Roboterarm unterstützt beispielsweise bei der Montage von Smart-Radios. Eine Person platziert ein fertig montiertes Netzteil in einer Aufnahmevorrichtung. Auf Knopfdruck bewegt sich der Roboterarm und legt das Teil in eine Laserkammer, wo es auf der Vorder- und Rückseite gelasert wird. Anschließend entnimmt der Roboterarm das Teil wieder und legt es in einer zweiten Aufnahme ab. Während des Laserns kann die Zeit genutzt werden, um Versandkartons zu falten und fertige Teile zu reinigen. Danach können die Teile in die Kartons verpackt und parallel ein neues Netzteil montiert werden. An einem anderen Arbeitsplatz verschraubt ein Roboter Leiterplatten für die digitalen Radios. Der kleine Tischroboter eignet sich besonders für leichte Montageaufgaben und ist mit einem Gewicht von nur 11 kg in der Lage, bis zu 3 kg zu heben und seine Gelenke um 360° zu drehen, das Endgelenk sogar unbegrenzt.

Durch den Einsatz der kollaborativen Roboter steigert JUNG den Durchsatz und entlastet die Mitarbeitenden von anstrengenden Routineaufgaben, ohne dabei die Qualität zu beeinträchtigen und schont damit auch Ressourcen.