Was sind Cobots?

Ein kollaborativer Roboter (Cobot) ist ein Roboter, der durch direkte Interaktion ohne die sonst üblichen Sicherheitszäune an der Seite des Menschen arbeiten kann. Zu den Vorteilen der direkten menschlichen Interaktion mit Cobots gehören:

• Sichere Ausführung von komplexen Aufgaben
• Hohe Fertigungsqualität
• Intuitives und benutzerfreundliches Einlernen und Programmieren von Cobots

Das Konzept von Cobots oder „intelligenten Assistenzgeräten“ entstand im Rahmen von Forschungsprojekten und in Unternehmen der Automobil- und Fahrzeugindustrie, wo Cobots schwere Gegenstände mit menschlicher Unterstützung bewegen konnten. Diese Systeme gewährleisteten die sichere Nutzung der unterstützenden Fähigkeiten von Cobots. Im Laufe der Jahre wurden Cobots entwickelt, die unter anderem folgende Aufgaben übernehmen:

• Pick-and-place
• Qualitätskontrolle
• Endmontage und Fertigstellung

Vorteile von Cobots

In der klassischen industriellen Automatisierung müssen Roboter von jeglichem direkten Kontakt zu Menschen getrennt sein, damit sie zuverlässig und sicher arbeiten können, ohne dass es zu Verletzungen des Bedienpersonals kommt. Bei diesen Systemen arbeiten die Roboter in komplett menschenfreien Zonen oder in Käfigen.

Flexible Automatisierung

Die Eingrenzung von Robotern in Käfigen schränkt ihre Möglichkeiten ein. Dabei erfordert der aktuelle Markt kürzere Vorlaufzeiten und eine individualisierte Massenproduktion. Diese Herausforderungen haben das Interesse an flexiblen und vielseitig einsetzbaren Fertigungssystemen geweckt, bei denen Mensch und Roboter zusammenarbeiten und dabei die Arbeitssicherheit stets gewährleistet wird. In der flexiblen und kollaborativen Automatisierung ergänzen und verbessern Cobots die menschlichen Fähigkeiten mit Stärke, Präzision und Datenanalysefunktionen, die einen Mehrwert für Cobot-Endbenutzer darstellen. Die Ziele, die mit Cobots erreicht werden sollen:

• Koexistenz – gemeinsamer Arbeitsbereich mit dem Personal zur Optimierung eines Prozesses
• Kollaboration – flexible Automatisierung für verschiedene Aufgaben mit Personaleinsatz

Sicherheitssystem

Sicherheitsvorrichtungen stellen ein technisches Hindernis für eine umfassendere Einführung von Robotern dar. Cobots sind daher so konstruiert, dass sie die Sicherheitsanforderungen erfüllen und eine gefahrlose Interaktion zwischen dem Cobot und den Objekten in seinem Arbeitsbereich ermöglichen (siehe z. B. ISO^®-Norm 10218-1). Gleichzeitig reduzieren Cobots die Massenträgheit bei potenziellen Kollisionen und verfügen über entsprechende Komponenten wie z. B. Drehmomentsensoren, die die Energie von unbeabsichtigten Stößen absorbieren. Darüber hinaus verwenden die Entwickler von Cobots eine Vielzahl externer Sensoren (beispielsweise Kameras, Laser und Tiefensensoren) und führen die erfassten Daten zu einer zuverlässigen Erkennung von Abständen der Menschen zum Roboter und von Gesten zusammen.

Cobot-Programmierung mit komplexen Algorithmen und KI

Nach wie vor bestehen technologische Lücken, die die Entwicklung von Cobots, die alle Anforderungen erfüllen, behindern. Damit Cobots ihr Potenzial für die Fertigungsprozesse in Produktionsumgebungen mit hohem Variantenreichtum und geringen Stückzahlen ausschöpfen können, sind spezielle Algorithmen unverzichtbar. Indem sie ihre Umgebung unabhängig und mithilfe von Deep Learning erkennen und auswerten, müssen Cobots in der Lage sein, in ungewohnten Situationen ohne spezielle Anweisungen zu agieren. Die Bewegungsplanung eines Cobots ermöglicht es diesem, eine Zielposition anzusteuern. Dabei sorgen die Algorithmen zur Kollisionsvermeidung in dynamischen Umgebungen für ein reaktives Verhalten, das auf dem von Sensoren während der Bewegung des Cobots gelieferten lokalen Wissen basiert.

Anwendungsbereiche von Cobots

Cobots verändern zahlreiche Industriezweige, indem sie mit menschlichen Arbeitskräften, fortschrittlichen Roboteralgorithmen und KI zusammenarbeiten und so die Produktivität steigern und gleichzeitig die Kosten senken. Ihre Anwendungsbereiche umfassen:

• Automobil- und Fahrzeugindustrie: Cobots helfen bei der Montage, der Behälterkommissionierung und der Inspektion und verbessern so die Produktionsqualität und -geschwindigkeit.
• Automatisierung von Warenlagern und Fabriken: Cobots automatisieren Sortier-, Kommissionier- und Verpackungsaufgaben und verbessern die Effizienz der Auftragsabwicklung.
• Elektronikproduktion: Cobots montieren empfindliche Komponenten und führen Präzisionstests durch und passen sich an die Produktion mit hoher Variantenvielfalt und geringen Stückzahlen an.
• Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung: Cobots werden zum Verpacken, Palettieren, Depalettieren und zur Qualitätskontrolle eingesetzt, während gleichzeitig die Produktbeschädigung minimiert wird.
• Pharmazeutische Produktion: Cobots handhaben empfindliche Materialien und helfen bei der Verpackung, um die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften zu gewährleisten.

Diese Anwendungen zeigen die Flexibilität von Cobots und ihre Rolle bei der Weiterentwicklung von Fertigungs- und Produktionsprozessen.

Cobot-Entwicklung mit MATLAB und Simulink

MATLAB^® und Simulink^® bieten eine Vielzahl von Tools, die Sie bei Ihrer Arbeit unterstützen:

• Nutzen Sie Sensormodelle wie Kamera, LiDAR und IMU, um die Wahrnehmung der Umgebung durch den Cobot als Prototyp bereitzustellen.
• Erkennen Sie die Umgebung des Roboters mithilfe von Deep Learning und Computer Vision.
• Bringen Sie Ihrem Cobot mithilfe des Inverse Kinematics Designer und der Bewegungsplanung verschiedene Bewegungsabläufe bei.
• Entwickeln, verbessern und optimieren Sie die Bewegungsregler für eine sichere Interaktion mit Ihren Cobots.
• Modellieren Sie die Systemregelungslogik und bewerten Sie autonome Algorithmen für Ihre Cobot-Anwendungen.
• Verbinden und steuern Sie Cobots von Kinova^® und Universal Robots mithilfe von MATLAB.
• Generieren Sie automatisch Produktionscode, um ihn auf Cobot-Steuerungen und Bordcomputern einzusetzen.