Was sind Cobots?

Ein kollaborativer Roboter (Cobot) ist ein Roboter, der es dem Menschen ermöglicht, ohne die sonst üblichen Sicherheitszäune durch direkte Interaktion an der Seite des Roboters zu arbeiten. Die Vorteile der direkten menschlichen Interaktion mit Cobots:

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

Das Konzept von Cobots oder „intelligenten Assistenzgeräten“ entstand im Rahmen von Forschungsprojekten und in Unternehmen der Automobil- und Fahrzeugindustrie, wo es mithilfe von Cobots möglich war, schwere Gegenstände unter menschlicher Kontrolle anhand direkter Schnittstellen zu bewegen. 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

Warum 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, ohne Personen zu gefährden. 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 der Cobot-Entwicklung sind:

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

Sicherheitssysteme

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, Tiefensensoren usw.) 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

Es gibt Cobot-Anwendungen und Technologielücken, die eine umfassende Einführung von Cobots verhindern. Damit Cobots ihr großes Potenzial für die Fertigungsprozesse in Produktionsumgebungen mit hohem Variantenreichtum und geringen Stückzahlen ausschöpfen können, sind spezielle Algorithmen unverzichtbar. Indem sie ihre Umgebung 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.

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.
• Erfassen Sie die Umgebung für Cobot-Anwendungen 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-Reglern und Bordcomputern einzusetzen.