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Cobots und Endeffektoren: Ein Team für erschwingliche, flexible Lösungen

Während die Robotik den Weg für das rasante Wachstum der Automatisierung ebnete, können Cobots als Demokratisierung der Robotik-Technologie verstanden werden. Sie eliminieren Kosten und jene komplexe Programmierung, die Roboter normalerweise erfordern. Gleichzeitig bieten sie ein stark gesteigertes Maß an Flexibilität. 

  Von Andrea Trifone, Cobot Project Leader, SMC Italien

JANUAR 2021
Dank der gemeinsamen Nutzung des Fachwissens von kollaborierenden Roboter-Herstellern und Endeffektor-Lieferanten können Fertigungsprozesse nicht nur flexibler ausgestaltet werden, sondern auch die heutzutage so dringend benötigten Verbesserungen in Bezug auf Vielseitigkeit und Produktivität erbringen. Aus Sicht von SMC bietet die Greiftechnologie Cobots die gleiche Anwendungsflexibilität, die diese in den Produktionsprozess einbringen.

Warum Cobots? Vom Mythos zur einfacheren, kostengünstigeren Realität
Der Einsatz von kollaborativen Robotern wird in den kommenden Jahren voraussichtlich ein robustes und exponentielles Wachstum erfahren. Interact Analysis prognostiziert, dass der Markt für kollaborative Roboter bis 2027 einen Wert von 7,5 Mrd. US-Dollar erreichen wird; dies entspräche etwa 29 % des weltweiten Industrierobotermarktes.

Sobald die Industrie die Mythen über Cobots hinter sich gelassen hat, wird sie jene Vorteile nutzen können, die sie für die Produktion bereithält. Dank der Fortschritte beim Edge-Computing erfordern kollaborative Roboter beispielsweise nicht den komplexen Aufbau herkömmlicher Industrieroboter. Früher musste mindestens eine Woche lang geschult werden; heutzutage gelingt es bereits einigen Cobot-Hersteller, in nur einer halben Stunde einsatzbereit zu sein.

Die wirtschaftlichen Vorteile für die Fertigung sind im Vergleich zu Robotern sehr überzeugend: Es sind viel geringere Anfangsinvestitionen und stark reduzierte Implementierungskosten erforderlich. Nach einigen Schätzungen liegt die Amortisationszeit für einen typischen Cobot zwischen einem und zwei Jahren; nach Erfahrungen einiger unserer Kunden können sie sogar nur sechs Monate betragen. Diese beiden Hauptvorteile machen Cobots zu einer attraktiven Investition, aber was sie zu einer wirklich spannenden Technologie macht, ist ihre umfassende Flexibilität.

Flexibilität: Die Antwort der Cobots auf sich laufend ändernde Marktanforderungen
Cobots passen sich mühelos an mehrere Anwendungen an – im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern, die in der Regel nur für eine Aufgabe ausgelegt sind. Ihr geringes Gewicht und ihre kompakteren Abmessungen gepaart mit der einfacheren Neuprogrammierung führen zu einer enormen Mobilität. Sie können problemlos dort platziert werden, wo es der Produktionsprozess erfordert. Selbst kleine Produktionsläufe können einfach automatisiert und Linien häufig gewechselt werden. 

Ihr Beitrag zur Vielseitigkeit ist so umfangreich wie die jeweilige Prozessrealität: Beispielsweise können Unternehmen, die nicht rund um die Uhr an einem Workflow arbeiten, Cobots nutzen, um Maschinen zu beladen, die nachts arbeiten, während die Fabrik geschlossen ist. So ist am nächsten Morgen der Produktionslauf bereits abgeschlossen. In anderen Fällen können Cobots Arbeitsschritte übernehmen, die für das Bedienpersonal aufwändig, gefährlich oder einfach nur mühsam sind. Das Bedienpersonal kann diese Zeiten für produktivere und kreativere Aufgaben nutzen.

Die Möglichkeiten sind endlos, erst recht, wenn man Peripherie-Technologien wie IoT oder KI involviert. Der große Vorteil der Cobot-Technologie: Sie kann Automatisierungsvorteile bieten, die bisher nur Unternehmen mit großen Produktionsanlagen zur Verfügung standen. Diese Vorteile können nun auch von kleinen und mittleren Unternehmen in einer Vielzahl von Branchen genutzt werden.

Sicherheit im Fokus
Entwickelt, um an der Seite ihrer menschlichen Kollegen zu arbeiten, benötigen Cobots bei richtiger Risikobewertung möglicherweise keinen beengenden Sicherheitszaun oder umständliche Sicherheitsmaßnahmen. Christoph Ryll, Cobot-Spezialist, der mit SMC zusammenarbeitet, um praktische Sicherheitslösungen zu entwickeln, beschreibt das so: Durch die Zusammenarbeit können Menschen und Cobots eine höhere Effizienz erzielen als jeder für sich. Allerdings ist die Sicherheit immer noch ein Thema, und 95 % der Cobots haben heute noch einen Schutzzaun und arbeiten nicht wirklich kollaborativ. Er stellt fest, dass die Schulung zur Sicherheit des Bedieners tatsächlich etwas länger dauern kann.

Endeffektoren: Eine Frage der Symbiose
Mittels Endeffektoren, vor allem in Form von Greifern, können von Cobots Teile mit einer Vielzahl von Formen, Größen und Materialien gehandhabt und bearbeitet werden. Die Flexibilität, einen Cobot an viele verschiedene Anwendungen anzupassen, ist ein großer Vorteil, solange der Greifer einfach gewechselt werden kann. Zum Beispiel muss ein Cobot, der zum Eindrehen von Schrauben an einer Montagelinie verwendet wird, leicht mit einem anderen Endeffektor umgerüstet und in einer Pick-and-Place-Anwendung eingesetzt werden können.

Maschinenbauer oder Integratoren sollten eng mit den Endnutzern kommunizieren, um den Erfolg des Zusammenspiels sicherzustellen. Die Greiftechnologie sollte sich perfekt an die spezifischen Anforderungen der Aufgabe anpassen können. Ebenso wichtig wie die Wahl des richtigen Cobots ist die Wahl des richtigen Endwerkzeug, das an die spezifischen Anforderungen der Aufgabe angepasst werden kann, wie z. B. Ort der Aufnahme, maximal zulässige Kraft, Gewichtsprofil des Teils, seine Zusammensetzung und Form.

Größen- und Gewichtsoptimierung sind besonders relevant für kollaborative Roboter. Das Gewicht des Endeffektors wirkt sich direkt auf die gesamte Cobot-Nutzlast aus. Als Greiferhersteller besteht die Herausforderung von SMC darin, maximale Greifkraft und Durchfluss bei minimalen Abmessungen und Gewicht bereitzustellen.

Der optimale Greifer hängt immer von der Aufgabe ab
Bei der Auswahl eines Greifers sollte zunächst die Aufgabe definiert werden, einschließlich der zu handhabenden Teile (Form, Gewicht, Material). Sind alle gleich, oder gibt es eine Mischung? Wie ist die erforderliche Zykluszeit? Wird Präzision benötigt? Wie sieht es mit der Kraft aus? Muss sie kundenspezifisch angepasst werden? Der Maschinenbauer bzw. Integrator muss die beste Greifer-Technologie für jede Anwendung wählen. Hersteller wie SMC haben Lösungen entwickelt, die für alle auf dem Markt befindlichen Robotern und Cobots geeignet sind.

Pneumatische Greifer eignen sich gut für allgemeine Pick-and-Place-Anwendungen. Luftbetriebene Lösungen bieten per Definition eine höhere Kraft, Geschwindigkeit und Betriebsfrequenz. Wenn keiner dieser Parameter gesteuert oder präzise sein muss, ist ein pneumatischer Greifer die beste Lösung.

Vakuumgreifer sind in der Regel in Form von Saugnäpfen ausgeführt. Vakuumsauger werden normalerweise für das Bewegen und Transferieren von empfindlichen oder dünnen Werkstücken empfohlen. Sie sind für viele, auch außergewöhnliche Formen erhältlich und werden aus einer Vielzahl von hochwertigen Materialien wie Silikon, NBR, Urethan und Fluor oder auch den FDA-Standards entsprechend hergestellt.

Elektrische Greifer: Wenn Position, Kraft oder Geschwindigkeit gesteuert werden müssen, sind elektrische Greifer unumgänglich. Sie ermöglichen z. B. ein teilweises Schließen und Öffnen. Dies ist in manchen Prozessen äußerst hilfreich, weil die Zykluszeit nicht beeinträchtigt wird. Durch die Steuerung der Greifkraft und Geschwindigkeit sind sie ideal für die Handhabung empfindlicher Teile wie Leiterplatten (PCB) oder wenn der Prozess die Handhabung verschiedener Teile erfordert.

Magnetische Greifer: Wo Vakuumsauger und Greifer aufgrund unebener oder poröser Oberflächen keine optimale Leistung erbringen, sind magnetische Greifer die richtige Antwort. Mit einer Haltekraft von bis zu 120 N bieten sie eine vielseitige Lösung mit einer großen Anwendungsvielfalt für die Handhabung von Eisenmetallen.

SMC bietet die unterschiedlichsten Greiftechnologien an und entwickelt Plug-and-Play-Greifer und -Greifsysteme für alle Cobot- und Roboteranbieter. Dabei stehen Energieeffizienz und Leistung, mit besonderem Fokus auf Größen- und Gewichtsoptimierung, im Mittelpunkt. Die Berücksichtigung von Gewichten, Gesamtabmessungen und Ergonomie unterstützt die Bewegungen des „Maschinen-Hand-Gelenks“ und vermeidet Leistungseinschränkungen.

Den entscheidenden Unterschied bietet SMC mit seinem 360º-Ansatz für Automatisierungsanforderungen: So werden beispielsweise elektrische Lösungen für eine gesteigerte Cobot-Mobilität mit maßgeschneiderten Automatisierungslösungen kombiniert, die sich perfekt an die Produktionsprozesse anpassen und somit eine optimale Flexibilität gewährleisten.

Eine bahnbrechende Technologie für den Cobot-Markt sind drahtlose Systeme zur Steuerung pneumatischer, digitaler und analoger Signale. Verkabelung können reduziert bzw. sogar eliminiert werden – besonders vorteilhaft bei Anwendungen mit mobilen Geräten, wo es zu Problemen wie Kabelbrüchen kommen könnte, die zu schwerwiegenden Maschinenfehlern, Ausfallzeiten oder Produktionsausfällen führen können.

Das Zusammenspiel von Cobot und Endeffektor verwirklicht jener Flexibilität, die Industrie und Enduser heutzutage fordern. Der neue Bericht über Industrieroboter von World Robotics, der am 24. September 2020 veröffentlicht wurde, präsentiert, dass der Absatz von Industrierobotern um 12 % gesunken ist, kollaborative Roboter jedoch einen Anstieg von 11 % verzeichneten. Natürlich befindet sich der Cobot-Markt noch in einem sehr frühen Stadium, ist aber Teil einer wachsenden und spannenden Branche.

SMC Lösungen für Cobots 

Als diplomierter Elektroniker kam Andrea Trifone vor 24 Jahren zu SMC. In den ersten 4 Jahren war er in der Marketingabteilung als Produktmanager für Mess- und Regelgeräte tätig. Als im Jahr 2000 die ersten mechatronischen Lösungen auf den Markt kamen, widmete er sich voll und ganz dem Aufbau einer Organisation für den technischen Support vor Ort. Sie wurde eingerichtet, um den italienischen Markt/Kunden bei der Produktauswahl, Dimensionierung, Installation, technischen Schulung und Systemgestaltung (Co-Engineering) zu unterstützen. Heute ist er voll und ganz mit dem interaktiven Labor beschäftigt, das kürzlich in der Zentrale von SMC Italien eingerichtet wurde und in dem es möglich ist, ganze Smart-Flexibility- bzw. Industrie-4.0-Lösungen "greifbar" zu machen sowie virtuelle Erfahrungen mit Kunden zu teilen.
Wenn er nicht gerade tüftelt, spielt Andrea gerne Tennis und Fußball, ist in einen John Grisham-Krimi vertieft oder kocht für Familie und Freunde.

Andrea Trifone | Cobot Project Leader, SMC Italien

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