Kollaborativer Roboter

Als kollaborativer Roboter oder kurz Cobot (aus dem Englischen: collaborative robot) wird ein Industrieroboter bezeichnet, der mit Menschen gemeinsam arbeitet und im Produktionsprozess nicht durch Schutzeinrichtungen von diesen getrennt ist.

Air-Cobot; ein kollaborativer Roboter, der bei der Inspektion von Flugzeugen unterstützt.

Entstehung

Die ersten Cobots wurden im Jahr 1996 von James Edward Colgate und Michael A. Peshkin, zwei Professoren an der US-amerikanischen Northwestern University, entwickelt. In einer Patentschrift aus dem Jahr 1997 werden Cobots wie folgt beschrieben:

“an apparatus and method for direct physical interaction between a person and a general purpose manipulator controlled by a computer”

„Ein Apparat und eine Methode zur direkten physischen Interaktion zwischen einer Person und einem Allzweck-Manipulator der von einem Computer gesteuert wird.“

– James E. Colgate und Michael A. Peshkin

Die Entwicklung erfolgte im Rahmen eines von der General Motors Foundation finanzierten Forschungsprojekts mit dem Ziel, Roboter sicher genug zu machen, um sie mit Arbeitern interagieren zu lassen.

Eigenschaften

Dank Sensoren können kollaborative Roboter (Cobots) direkt mit Menschen interagieren.

Die Besonderheit von kollaborierenden Robotern ist, dass sie in unmittelbarer Nähe zum Menschen und mit ihm gemeinsam arbeiten können. Dies setzt voraus, dass die Roboter keine Verletzungen beim Menschen hervorrufen können. Zäune und andere Schutzeinrichtungen sind dann nicht mehr nötig, da die Roboter über eigene Sensoren verfügen, die Verletzungen beim menschlichen Mitarbeiter verhindern. Die Roboter schalten sich automatisch ab, wenn sie Hindernisse berühren.

Die ersten Cobots stellten die Sicherheit für die Arbeiter dadurch sicher, dass sie zu keinen eigenständigen Bewegungen fähig waren. Stattdessen wurden die Bewegungen durch den menschlichen Arbeiter geführt. Der Cobot konnte steuernd auf die Bewegung einwirken, indem zum Beispiel die Bewegungsrichtung geändert wurde. Spätere Cobots waren auch zu eigenen selbstgesteuerten Bewegungen fähig. Die auf diese Art betriebenen Roboter können zwar theoretisch sehr viel schnellere Bewegungen vollziehen, sind aber im kollaborativen Betrieb auf ein Minimum ihrer Fähigkeit begrenzt, da die Sicherheit des Menschen im Vordergrund steht. Ist eine Zusammenarbeit mit Menschen zu gefährlich, etwa bei der Handhabung von scharfen oder spitzen Gegenständen oder bei Schraubarbeiten, werden kollaborative Roboter auch als reine Leichtbauroboter in abgetrennten Bereichen verwendet.

Sicherheit und Arbeitsschutz

Als man die für Industrieroboter relevanten Normen überarbeitet hat, ist ergänzend das neue Anwendungsfeld der kollaborierenden Roboter geschaffen worden. Die Normen ISO 10218, Teil 1 und 2 und ISO/TS 15066 definieren die sicherheitstechnischen Anforderungen an die Roboter. Der in den Normen definierte kollaborierende Roboter umfasst auch das Werkzeug, das am Roboterarm befestigt wird, sowie die damit bewegten Gegenstände. Durch den nahen oder direkten Kontakt zwischen kollaborierendem Roboter und arbeitender Person ergeben sich zwangsläufig Kollisionsmöglichkeiten. Die Risikobeurteilung des Roboterherstellers muss daher den vorgesehenen betrieblichen Arbeitsplatz einschließen. Grundlage dieser Risikobeurteilung ist neben der Maschinenrichtlinie die Norm EN ISO 10218, Teil 1 und 2.

Hersteller

Die Firma Cobotics baut seit 2002 Cobots.

Der deutsche Roboterpioneer KUKA verkaufte 2004 die ersten computergesteuerten Cobots (KUKA LBR 3) die in einer Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelt wurden. Im Jahr 2008 brachte KUKA den Nachfolger LBR 4 auf den Markt, und schließlich 2013 den Cobot LBR iiwa.

Universal Robots veröffentlichte den ersten firmeneigenen Cobot, den UR5, im Jahr 2008. Im Jahr 2012 erschien mit dem UR10 ein etwas größeres Modell und im Jahr 2015 der kleinere UR3.

Das Unternehmen Rethink Robotics vertreibt seit 2012 (seit 2018 Teil der Hahn Group) den Cobot Sawyer und die Software Intera. Andere Modelle sind der Fanuc CR-35iA, der Bosch APAS assistant, der ABB YuMi und die in Hannover ansässige Yuanda Robotics GmbH.

Das aus Südkorea stammende Unternehmen Doosan Robotics der Unternehmensgruppe Doosan Group bietet Cobots seit 2017 an.

Die deutsche Firma Franka Emika, mit Sitz in München, baut seit 2017 kollaborierende Roboter.

Das deutsche Start-up Nexaro aus Wuppertal hat das Cobot-Konzept 2022 auf einen Saugroboter für die professionelle Gebäudereinigung übertragen.

Literatur

• Roboter und Robotikgeräte – Kollaborierende Roboter (ISO/TS 15066:2016)
• Buxbaum, Hans-Jürgen (Hrsg.): Mensch-Roboter-Kollaboration, Springer-Verlag, Wiesbaden 2020

Einzelnachweise

1. Rachel Emma Silverman: The Words of Tomorrow. 1. Januar 2000 (englisch, online [abgerufen am 18. November 2016]). 
2. Michael A. Peshkin: Cobots: Robots for collaboration with people. (englisch, online [abgerufen am 18. November 2016]). 
3. Jon Van: Mechanical Advantage. In: Chicago Tribune. 11. Dezember 1996 (englisch, online [abgerufen am 18. November 2016]). 
4. Patent US5952796A: Cobots. Angemeldet am 28. Oktober 1997, veröffentlicht am 14. September 1999, Erfinder: James E. Colgate, Michael A. Peshkin.‌
5. John Teresko: Here Come the Cobots! In: IndustryWeek. 21. Dezember 2004 (englisch, online [abgerufen am 18. November 2016]). 
6. bosch-apas.comAPAS assistant Produktdetails. In: www.bosch-apas.com. Abgerufen am 22. April 2016. 
7. M.A. Peshkin, J.E. Colgate, Witaya Wannasuphoprasit: Cobot architecture. In: IEEE Transactions on Robotics and Automation. Band 17, Nr. 4, 2002, S. 377–390, doi:10.1109/70.954751 (englisch). 
8. Kagan Pittman: A History of Collaborative Robots: From Intelligent Lift Assists to Cobots. In: Engineering.com. 28. Oktober 2016 (englisch, online [abgerufen am 18. November 2016]). 
9. Hannovermesse: Kollaborative Roboter überall. heise.de, abgerufen am 2. März 2017. 
10. ISO 10218-1:2011 Robots and robotic devices – Safety requirements for industrial robots – Part 1: Robots. International Organization for Standardization
11. ISO 10218-2:2011 Robots and robotic devices – Safety requirements for industrial robots – Part 2: Robot systems and integration. International Organization for Standardization
12. ISO/TS 15066:2016 Robots and robotic devices – Collaborative robots. International Organization for Standardization
13. J. Edward Colgate, Michael Peshkin: Intelligent Assist Devices. (englisch, online [PDF; abgerufen am 18. November 2016]). 
14. DLR LBR III. Institut für Robotik und Mechatronik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, abgerufen am 18. November 2016. 
15. Geschichte des LBR. Institut für Robotik und Mechatronik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, abgerufen am 18. März 2018. 
16. (Nicht mehr online verfügbar.) KUKA AG, archiviert vom Original am 11. Oktober 2014; abgerufen am 18. November 2016 (englisch).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.kuka-lbr-iiwa.com 
17. Kagan Pittman: Infographic: A Brief History of Collaborative Robots. In: Engineering.com. 19. Mai 2016 (englisch, online [abgerufen am 18. November 2016]). 
18. UR10 robot: A collaborative industrial robot. Universal Robots, abgerufen am 18. November 2016 (englisch). 
19. RETHINK ROBOTICS MEETS GERMAN ENGINEERING. Abgerufen am 18. Juni 2019. 
20. Nach Pleite: Hahn Group führt Rethinks Cobot-Technologie samt Software weiter Cobot-Knaller: Hahn kauft Robotertechnik von Rethink. 25. Oktober 2018, abgerufen am 18. Juni 2019 (deutsch). 
21. Intera Software Platform for Industrial Automation. Abgerufen am 18. Juni 2019 (englisch). 
22. L. e Silva, T., Tennakoon, M. Marques, A. Djuric: Baxter Kinematic Modeling, Validation and Reconfigurable Representation. In: SAE Technical Paper. 2016, doi:10.4271/2016-01-0334 (englisch). 
23. APAS assistant. Robert Bosch GmbH, abgerufen am 28. März 2017. 
24. 두산로보틱스. Abgerufen am 10. Oktober 2018 (amerikanisches Englisch). 
25. Franka Emika GmbH: Franka Emika. Abgerufen am 2. Januar 2020 (deutsch). 
26. Nexaro GmbH: Nexaro. Abgerufen am 13. Oktober 2022 (deutsch). 

Weblinks

• Kollaborierende Roboter (COBOTS) – Sichere Kooperation von Mensch und Roboter
• Das Jahr der MRK: Perspektiven der Mensch-Roboter-Kollaboration, Tagungsaufzeichnungen, 2015, Hannover. Bereitgestellt im AV-Portal der Technischen Informationsbibliothek.