Cobots

Nutzung von sicheren und direkten Mensch-Roboter-Interaktionen

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 Mitte der 1990er-Jahre 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:

Trends im Bereich Industrieroboter

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 (Norm ISO 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 (Kameras, Laser, Tiefensensoren usw.) und führen die erfassten Daten zu einer zuverlässigen Erkennung von Mensch-Roboter-Nähe und Gesten zusammen.

Spezielle Autonomie-Algorithmen

Damit Cobots ihr großes Potenzial für die Fertigungsprozesse in Produktionsumgebungen mit hohem Variantenreichtum und geringen Stückzahlen ausschöpfen können, sind spezielle Algorithmen unverzichtbar. Cobots müssen in der Lage sein, in ungewohnten Situationen ohne spezielle Anweisungen zu agieren. Der Bewegungsplanungsalgorithmus eines Cobots ermöglicht es diesem, in bekannten Umgebungen eine Zielposition anzusteuern. Die Algorithmen zur Kollisionsvermeidung sorgen in dynamischen Umgebungen für ein reaktives Verhalten, das auf dem von Sensoren während der Bewegung des Cobots gelieferten lokalen Wissen basiert.

Mithilfe von MATLAB® und Simulink® können Sie Cobot-Anwendungen für Robotermanipulatoren und autonome mobile Roboter (AMR) entwickeln. Hierzu gehören:

  • Entwurf und Verifikation von Cobot-Systemen mithilfe physikbasierter, Mehrdomänen-Modellierungstools
  • Nutzung von Sensormodellen wie Kamera, LiDAR und IMU, um die Wahrnehmung der Umgebung durch den Cobot als Prototyp bereitzustellen.
  • Verbindung und Steuerung von Cobots von Kinova und Universal Robots mithilfe von MATLAB
  • Entwicklung eines Solvers für inverse Kinematik sowie von Konfigurationen und Wegpunkten für Cobot-Anwendungen
  • Entwurf, Iteration und Optimierung von Bewegungsabläufen und Steuerungen für Ihre Cobots
  • Modellierung der Systemlogik und Bewertung autonomer Algorithmen für Ihre Cobot-Anwendungen
  • Automatische Generierung von Produktionscode zum Einsatz bei Cobot-Steuerungen und Onboard-Computern
  • Validierung Ihrer Entwurfsanforderungen, automatische Generierung von Testfällen zur Modellabdeckung und Verbesserung der Designqualität während des gesamten Entwicklungsprozesses
  • Erstellung von Berichten und Artefakten, die für die Zertifizierung nach Industrienormen wie IEC 61508, ISO 26262 und DO-178 erforderlich sind


Siehe auch: MATLAB and Simulink for robotics, MATLAB and Simulink for robot manipulators, Robotics System Toolbox™, Navigation Toolbox, ROS Toolbox, Lidar Toolbox, Simscape Multibody, Robot programming