Kollaborative Roboter: Wie kleine Unternehmen damit ihre Automatisierung vorantreiben können - t3n

„Kollaborative“ Roboter, sogenannte Cobots, machen die Automatisierung auch für kleine Unternehmen erschwinglich. Doch das geht nicht ohne Kompromisse. Brauchst du zufällig gerade einen Roboter, der Bier zapft? Geht mit Hardware für genau 6006,50 Euro. Möchtest du eine Designerlampe automatisch zusammenkleben lassen? Macht 9124,42 Euro. Oder Krapfen von einem Förderband in eine Kiste legen? Mit 9.537,17 Euro bist du dabei. Rund 700 solcher Lösungen sind auf der Online-Plattform RBTX versammelt. Zu jeder Anwendung gibt es ein Video und eine Stückliste. Wer möchte, kann mit einem Klick alle Hardwarekomponenten in den Warenkorb legen. Oder sich selbst eine individuelle Konfiguration aus Roboterarmen, Greifern und Sensoren zusammenstellen. Selten stehen dann mehr als 20.000 Euro auf der Rechnung. Die Plattform, betrieben vom Kölner Kunststoffhersteller Igus, richtet sich vor allem an kleine Betriebe ohne Erfahrung mit der Robotik, die preiswerte und unkomplizierte Helfer suchen. Dieser Text ist zuerst in der Ausgabe 5/2024 von MIT Technology Review erschienen. Darin beschäftigen wir uns damit, wie KI die Robotik beflügeln kann. Hier könnt ihr die TR 5/2024 bestellen. [tableofcontents] Wie der Hype um die kollaborativen Roboter begann Vor knapp zehn Jahren erlebten solche „Volksroboter“ hierzulande einen kleinen Hype, angefacht vom deutschen Start-up Franka Emika. Mit schicker Hardware nebst App-Store wollte es nicht weniger als ein „Apple der Robotik“ werden. Es warb Fördergelder in Millionenhöhe ein und erhielt 2017 den Deutschen Zukunftspreis. Aus dieser Vision ist wenig geworden. Mangels Absatz meldete das Start-up im August 2023 Insolvenz an, begleitet von Ermittlungen über möglichen Subventionsbetrug. Ende 2023 übernahm das deutsche Unternehmen Agile Robots das Start-up für 30 Millionen Euro. Produziert wird der Franka-Bot weiter in Deutschland, und zwar im bayerischen Kaufbeuren. Bei den Roboterarmen von Franka handelt es sich um sogenannte Cobots (kollaborative Roboter). Sie sind mit Sensoren versehen, die innerhalb von Millisekunden jede Bewegung stoppen, sobald sie den kleinsten Widerstand spüren. Dadurch können sie – anders als herkömmliche Roboter – auch ohne Sicherheitskäfig arbeiten. Zudem lassen sie sich ohne Programmierkenntnisse einrichten. Mittlerweile sind auch etablierte Größen wie ABB oder Kuka in das Geschäft mit den Cobots eingestiegen (siehe Tabelle weiter unten). Nicht zuletzt dadurch haben sich Cobots einen festen Platz in der Automatisierungslandschaft erobert. Nach Angaben der International Federation of Robotics liegt ihr Anteil mittlerweile bei zehn Prozent, Tendenz stark steigend. „Unsere ursprüngliche Idee war ein Roboter für 1.000 Euro“ Igus ist in dieser Branche ein Seiteneinsteiger. Es ist eigentlich spezialisiert auf verschleißfeste Kunststoffe, etwa für Wälzlager oder Kabelführungen. „Es hat uns gewurmt, dass Automatisierungsprojekte immer teurer wurden und länger dauerten als gedacht“, sagt Alexander Mühlens, der den Bereich Automatisierungstechnik und Robotik leitet. Deshalb entschloss sich Igus Ende der 2000er, selbst in das Robotikgeschäft einzusteigen. Es baut eigene Cobots, schreibt eigene Software, bietet aber auch Lösungen mit Komponenten anderer Hersteller an. [caption id="attachment_1642772" align="aligncenter" width="620"] Im Testzentrum von Igus liften Robotermotoren im Akkord kleine Hantelscheiben. Dies dient der Entwicklung neuer Kunststoffsorten für die Getriebe. (Foto: Klaus Fritsche, Fritsche Fotografie)[/caption] „Unsere ursprüngliche Idee war – und ist eigentlich noch immer – ein Roboter für 1.000 Euro“, sagt Mühlens. So weit sind die Kölner noch nicht, derzeit beginnt ihre Preisliste bei 2.999 Euro für das vierachsige Einstiegsmodell. Zum Vergleich: Die Cobots von Franka Emika wurden ursprünglich für 9.900 Euro angekündigt, später stieg ihr Preis aber deutlich über 10.000 Euro. Den aktuellen Preis nennt der neue Eigentümer nur auf Anfrage. Das Geheimnis hinter dem günstigen Igus-Bot besteht unter anderem in den Kunststoffgetrieben der Gelenke. Sie kommen ohne Schmierung aus und ersparen so eine Menge Wartungs- und Konstruktionsaufwand. Allerdings erfordern sie auch Kompromisse: Die Wiederholungsgenauigkeit der Roboterarme liegt im Bereich von einem zehntel Millimeter, die Wettbewerber sind meist um eine Zehnerpotenz präziser (siehe Tabelle weiter unten). „Ein Mensch schafft ungefähr einen Millimeter, für viele Anwendungen reicht es also“, sagt Mühlens. Auch die Haltbarkeit ist begrenzt. Die Bots sind auf Wartungsintervalle von zwei Jahren ausgelegt. Die Verschleißteile können aber einfach ausgebaut und eingeschickt werden – für einen Pauschalpreis von 250 Euro pro Arm. [crosslinks ids="1633839,1630144,1641505"] „Die Leute suchen nicht nach Robotern, sondern nach Lösungen.“ Im hauseigenen Roboter-Testzentrum im Südosten von Köln sind die Roboterarme griffbereit aufgestapelt, verpackt in handlichen Kartons, wie Staubsauger in einem Elektronikmarkt. Doch die eigene Hardware steht hier nicht im Vordergrund. „Die Leute suchen nicht nach Robotern, sondern nach Lösungen“, sagt Mühlens. Wie die RBTX-Plattform soll auch das Testzentrum eine möglichst breite Palette an möglichen Einsatzmöglichkeiten zeigen – nur eben als funktionierende Installation, nicht als Video. In beleuchteten Glaskästen sirren und surren Roboter vor sich hin, drehen an Waschmaschinenknöpfen, drücken an Touchpads herum oder füttern einen Drucker. Potenzielle Kunden können Igus beauftragen, ein Demo-System zur Lösung eines bestimmten Problems im Testzentrum zu installieren. Ein Kollege von Mühlens schraubt gerade an einem Greifer herum, der kleine Schraubverschlüsse aufnehmen und in eine Halterung stecken soll. Ein weiterer Kollege rollt währenddessen ein Stehpult, versehen mit Laptop und Webcam, zu einer aufgebauten Installation. „So kann der Kunde aus der Ferne die Anlage selbst ausprobieren und programmieren“, sagt Mühlens. Cobots im eigentlichen Sinne sind bei den Demos eher in der Minderheit. Hier gibt es Delta- und Portalroboter verschiedenster Hersteller, dazwischen auch herkömmliche Industrieroboter – was auch immer die gestellte Aufgabe am preiswertesten erfüllt. „Wir garantieren dann, dass alle Komponenten zusammenarbeiten“, sagt Mühlens. [caption id="attachment_1642773" align="aligncenter" width="620"] Ein zweiarmiger Cobot kollaboriert bei einem Werbeartikelhersteller gewissermaßen mit sich selbst: Der eine Arm hält eine Memorykarte fest, der andere versieht sie mit Klebstoff.(Foto: Hans Nordlander, ABB)[/caption] „Low Cost Automation“ lautet das Stichwort, unter dem Igus sein Angebot vermarktet. Jede Roboterzelle trägt ein Preisschild, das aussieht wie die Etiketten im Supermarkt. Schon die Tatsache, dass die Kosten hier überhaupt auf Heller und Pfennig genannt werden, ist – zurückhaltend formuliert – nicht branchenüblich. „Pauschale Preise für einen kollaborativen Roboter können wir nicht angeben“, antwortet etwa ABB auf Anfrage. „Die Preise richten sich nach der benötigten Ausstattung.“ Und hat man dann endlich einen Preis in Erfahrung gebracht, liegt der oft im mittleren bis hohen fünfstelligen Bereich – allein für die Hardware. Ein niedrigschwelliges Angebot für Automatisierungsanfänger sieht anders aus. „Es war eine Riesendiskussion mit den Partnern, die Preise online zu stellen“, erinnert sich Mühlens. „Dazu war viel Überzeugungsarbeit nötig. Aber mittlerweile kommen die meisten von selbst auf uns zu.“ Heute seien, zumindest aus Deutschland, die wichtigsten Hersteller dabei. Versuch in einem Cobot-Testzentrum Ich versuche im Testzentrum, einen Cobot mit der Hand aufzuhalten. Dehnungsmessstreifen in den Gelenken erfassen den Widerstand und stoppen den Roboter sofort, ohne spürbare Verzögerung. Erst dadurch können Mensch und Maschine wirklich Hand in Hand arbeiten – wie beim österreichischen Automobilzulieferer ZKW Lichtsysteme bei der Montage von Scheinwerfern. „Teilweise sind die Komponenten so filigran und auch flexibel, dass sie von einer Person allein gar nicht montiert werden können, weil dafür mehr als zwei Hände notwendig wären“, heißt es in der Fallstudie von Cobot-Lieferant ABB. Für das Anbringen von LED-Streifen hat ZKW deshalb einen Greifer mit sechs Fingern entwickelt, der den Streifen aufnimmt und an der richtigen Stelle positioniert. „Dann fährt jeweils ein Finger zur Seite, damit Mitarbeitende die Schrauben setzen und festschrauben können.“ Doch auch ein Cobot kann nicht in allen Fällen ohne Schutzgehäuse auskommen. „Würden Sie das auch mit Ihrem Auge versuchen?“, fragt mich Mühlens nach meinem Selbstversuch. Und wenn der Arm scharfe Werkzeuge wie Messer, Sägen oder extrem spitze Greifer trägt, muss er ohnehin in einen Käfig. [caption id="attachment_1642774" align="aligncenter" width="620"] Dank grafischer Benutzeroberfläche können Nutzer:innen die Aktionen eines Roboterarms zusammenklicken.(Foto: KUKA)[/caption] Außerdem: Die aufwendige Sensorik macht die Cobots entsprechend kostspielig. „Ein Cobot kann doppelt so teuer werden wie ein vergleichbarer Industrieroboter“, sagt Volker Franke, Geschäftsführer beim westfälischen Steckerhersteller Harting Applied Technologies. Dazu kommt die Geschwindigkeit. Damit ein Cobot rechtzeitig stoppen kann, darf er sich nicht zu schnell bewegen. „Bei der Zykluszeit sind Cobots nicht wettbewerbsfähig“, sagt Franke. Ein ebenfalls noch ungelöstes Problem ist die Nutzlast (Tabelle S. 30). Viele Bauteile sind für die Cobots schlicht zu schwer, das schränkt ihren Anwendungsbereich in der Industrie ein. Deshalb können herkömmliche Industrieroboter trotz Käfig oft eine bessere Lösung sein. Cobots lassen sich auch ohne Programmierkenntnisse einrichten Das eigentlich Attraktive an Cobots ist für Franke, dass sie sich im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern auch ohne Programmierkenntnisse einrichten lassen. Um sie anzulernen, kann ein Mensch den Roboterarm gewissermaßen an die Hand nehmen und ihm die gewünschte Bewegung vorführen. Oder die Bewegungen auf einer grafischen Benutzeroberfläche zusammenklicken. Die Scheinwerfer-Montage bei ZKW etwa hat ein Auszubildender im dritten Lehrjahr eingerichtet. Eigene Erfahrungen mit Cobots hat Harting in einem 2018 abgeschlossenen Pilotprojekt des Kompetenzclusters „it’s OWL“ gesammelt. Dabei ging es um ein System, das individuelle Stecker zusammenbaut. Die Kunden konnten die gewünschte Steckerkonfiguration online eingeben, die Daten wurden dann an ein SAP-Warenwirtschaftssystem weitergeleitet, und dieses generierte daraus einen Auftrag für Cobots verschiedener Hersteller – um zu zeigen, dass das Prinzip unabhängig von der verwendeten Hardware funktioniert. „Die Projekte mit Cobots haben uns extrem viel gebracht, vor allem, was flexible Abläufe betrifft“, sagt Franke über das Pilotprojekt. In der Produktion setzt Harting trotzdem weiterhin herkömmliche Industrieroboter ein. „Aber auch dabei nutzen wir die Philosophie hinter den Cobots“, so Franke. Ein Problem bei herkömmlichen Robotern: Jeder Hersteller hat sein eigenes Betriebssystem. „Dieses kapseln wir ab, sodass Mitarbeiter bei uns immer ihre gewohnte Benutzeroberfläche haben. Die Maschinen müssen selbsterklärend sein.“ Für wen lohnt sich eine Automatisierung mit Cobots? Der Dreiklang aus Sicherheit, einfacher Bedienung und niedrigen Kosten, mit denen Cobots einst zu „Volksrobotern“ werden sollten, ist also selten gemeinsam zu haben. Am deutlichsten zeigt sich das beim Preis. Doch ab wann lohnt sich eine Automatisierung dann überhaupt noch? Alexander Mühlens hat dafür drei Punkte ausgemacht: „Sie wollen mehr als 100.000 Teile herstellen, Sie haben ein Ergonomieproblem oder Sie haben ein Qualitätsproblem.“ Ergonomieprobleme ergeben sich unter anderem aus monotonen Bewegungen – etwa, wenn Menschen immer wieder die gleichen Bauteile in eine Bohrmaschine einlegen oder zum Testen stundenlang an den Knöpfen einer Waschmaschine herumdrehen müssen. Qualitätsprobleme tauchen dort auf, wo beispielsweise Klebenähte extrem präzise aufzutragen sind. Für Volker Franke von Harting ist vor allem der Arbeitskräftemangel ein Grund, die Automatisierung voranzutreiben – auch an ausländischen Standorten: „Bei der Montage gibt es eine relativ hohe Fluktuation, das ist auch eine Qualitätsfrage.“ Auch jenseits klassischer Montagetätigkeit kommen vermehrt Cobots zum Einsatz, hat die International Federation of Robotics festgestellt: zum Beispiel beim Schweißen, „angetrieben von einem Mangel an qualifizierten Schweißern“. Eine weitere Branche, die nach der Beobachtung von Alexander Mühlens gerade die Robotik für sich entdeckt, ist die Landwirtschaft. Mit Tiefensensoren versehene Greifer können hier bei der Ernte von Obst helfen. Personal überflüssig machen wolle man jedenfalls nicht, betont er. „Früher kam immer die Frage: Wollt ihr damit Leute entlassen? Diese Frage kommt heute nicht mehr.“ [caption id="attachment_1642792" align="aligncenter" width="620"] Die Landwirtschaft ist ein relativ junger Einsatzbereich für Cobots. Der Arm des Berry schneidet die Früchte am Stiel und berührt sie nicht. Das vermeidet Druckstellen. (Foto: Organifarms)[/caption] Wie die Kollaboration mit Cobots noch geschmeidiger funktionieren könnte Fehlende Fachkräfte sind umgekehrt natürlich auch ein Hindernis für den Einsatz von Robotern. Hier liefern die Cobots mit ihrer intuitiven Bedienung den wohl größten Beitrag zur weiteren Automatisierung. Doch auch für Benutzerinnen und Benutzer könnte die Kollaboration mit den Cobots noch geschmeidiger funktionieren. Denn trotz aller Vereinfachung wollen die Maschinen immer noch jeden einzelnen Schritt vorgegeben bekommen. Für Frank Kirchner, Leiter des Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz in Bremen, kann dies nur ein erster Schritt sein: „Mit besseren Robotern allein ist es nicht getan. Sie sollten auch möglichst autonom mit Menschen zusammenarbeiten – etwa verstehen, was ihre Intentionen sind und was sie gerade brauchen.“ In diese Richtung weist die Verbindung von Robotern mit großen Sprachmodellen wie GPT. Die Vision dahinter: Ein Mensch formuliert eine Aufgabe in natürlicher Sprache, und eine KI zerlegt diesen Satz in konkrete Handlungsanweisungen an einen Roboter. Wenn jemand etwa sagt: „Ich habe Hunger, bring mir etwas zu essen“, weiß das Sprachmodell idealerweise, was der Roboter tun muss, um es aufzutischen. Dazu braucht die KI allerdings noch mehr und besseres Trainingsmaterial. Bis dahin muss Kollege Mensch zumindest geistig weiterarbeiten.