Basiswissen

In diesem Abschnitt finden Sie grundlegende Informationen zu Motivation, Varianten und technischer Umsetzung von Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK)

Motivation

Während in der Vergangenheit in Industrieunternehmen oft kundenunabhängige Massenproduktionen im Fokus stand, rückt die kundenindividuelle Produktion aktuell zunehmend in den Fokus (Görke et al. 2017, S. 41). Moderne Produktionssysteme unterliegen hierdurch erheblich veränderten Anforderungen. Dies sind zum Beispiel eine steigende Variantenvielfalt bei geringeren Losgrößen, steigende Kundenanforderungen und kürzer werdende Produktionslebenszyklen (Matthias et al. 2013, S. 1 ff.). Eine Möglichkeit auf diese Trends reagieren zu können und die Konkurrenzfähigkeit des betreffenden Unternehmens aufrechtzuerhalten, ist der Einsatz hybrider Montagesysteme und Mensch-Roboter-Kollaborationen (MRK) (Görke et al. 2017, S.41). Denn diese sind flexibler als konventionelle Automatisierungslösungen und ermöglichen die (Teil-) Automatisierung von Arbeitsabläufen, die zuvor als nicht bzw. nicht wirtschaftlich automatisierbar galten (Görke et al. 2017, S. 41 f.).

 

Darüber hinaus gibt es viele Gründe, die für die Einführung einer Mensch-Roboter-Kollaboration sprechen. So können bei einer MRK z.B. die Fähigkeiten von Mensch und Roboter optimal kombiniert werden (Thomas et al. 2014, S. 254). Der Mensch verfügt über eine erhöhte Flexibilität, Lernfähigkeit und Kreativität, kann aber aufgrund von Leistungsschwankungen Ermüdungseffekten bei vielen Anwendungen alleine nicht effizient arbeiten (Weber, Stowasser 2018, S. 230). An dieser Stelle kann der Einsatz eines Roboters erhebliche Vorteile bringen, da dieser dem Menschen hinsichtlich Kraft, Ausdauer, Geschwindigkeit und Präzision überlegen ist (Thomas et al. 2014, S. 254). Jedoch kann auch der Roboter bestimmte Aufgaben durch technische Begrenzungen nicht alleine ausführen. Dadurch können Tätigkeiten häufig erst durch die Kombination von Mensch und Roboter automatisiert werden. Sie wären sonst nicht oder nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand automatisierbar (Matthias et al. 2013, S. 2). Die Unterstützung des Menschen durch Roboter verdeutlicht auch, dass eine Humanisierung der Arbeit durch Verbesserung der Ergonomie beim Einsatz einer MRK erreicht werden kann (Weber, Stowasser 2018, S. 230). Darüber hinaus kann MRI zu geringeren laufenden Kosten führen, wenn Arbeitszeit eingespart oder Absatzzahlen gesteigert werden. Häufig bestehen derzeit trotz besagter Vorteile v. a. bei klein- und mittelständigen Unternehmen (KMU) Hemmnisse bei der Einführung von MRK in der Montage (Görke et al., S. 41 ff.). Zurückzuführen ist das auf die Komplexität der Planung eines MRK-Systems. Diese ist durch zahlreiche Kriterien wie Automatisierbarkeit, technisch-wirtschaftliche Eignung, Ergonomie und Sicherheit bedingt (Bauer et al., S. 10 f.; Görke et al., S. 43). Um diese Hemmnisse abzubauen und bei der Nutzung der Vorteile von MRK zu unterstützen, wurden in den Projekten KoMPI, SafeMate und KuKOMO Planungshilfen entwickelt, die auf dieser Website vorgestellt werden.

Arten der Mensch-Roboter-Interaktion

Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter in einem Arbeitssystem kann verschiedene Formen annehmen. Den Überbegriff "Mensch-Roboter-Interaktion" (MRI) verwendet man für alle Szenarien, in denen der Roboter nicht durch einen Schutzzaun vom Menschen getrennt ist. In der Praxis wird der Ausdruck "Mensch-Roboter-Kollarboation" (MRK) oft synonym verwendet, streng genommen liegt eine Kollaboration aber nur vor, wenn Mensch und Roboter zeitgleich an einem Bauteil an der Erfüllung einer gemeinsamen Zielstellung arbeiten.

 

Im Rahmen von Forschungen wurden verschiedene Systeme entwickelt, um die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter zu klassifizieren. Ein aufgrund seiner Anschaulichkeit viel verwendetes System wurde von Bauer et al. im Jahr 2016 veröffentlicht. Die Stufen der MRI nach Bauer et al. sind im Folgenden kurz vorgestellt:

Übersicht: Die Arten der Mensch-Roboter-Interaktion (Abbildung in Anlehnung an Bauer et al. 2016, S. 9)

Glossar

Zelle

Sind Mensch und Roboter räumlich durch einen klassischen Schutzzaunbetrieb getrennt, liegt kein Interaktionsszenario von Mensch und Roboter vor, da diese unabhängig voneinander arbeiten (Bauer et al. 2016, S. 8). Der Einsatz einer Roboterzelle ist die konventionelle Gestaltungsvariante eines Roboterarbeitsplatzes.

 

Koexistenz

Sind Mensch und Roboter nicht durch einen Schutzzaun getrennt, arbeiten jedoch parallel zueinander in unterschiedlichen Arbeitsräumen, spricht man von Koexistenz (Bauer et al. 2016, S. 8). Zeitweise können Mensch und Roboter in einem gemeinsamen Arbeitsraum zusammenwirken (Bauer et al. 2016, S. 19).

 

Synchronisiert

Bei einem synchronisierten Arbeitsablauf teilen sich Mensch und Roboter einen gemeinsamen Arbeitsraum. Hier ist allerdings immer nur ein Interaktionspartner im Arbeitsraum vorgesehen (Bauer et al. 2016, S. 8).

 

Kooperation

Die Kooperation beschreibt eine Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter, bei der diese in einem gemeinsamen Arbeitsraum an Aufgaben, jedoch nicht gleichzeitig an demselben Bauteil arbeiten. Es gibt eine klare Aufgabenteilung, sodass Mensch und Roboter an unterschiedlichen Teilaufgaben arbeiten, die nicht unmittelbar voneinander abhängig sein müssen. (Linda Onnasch et al. 2016, S. 5)

 

Kollaboration

Die direkte Zusammenarbeit von Mensch und Roboter wird als Kollaboration bezeichnet. Es wird eine gemeinsame Zielstellung verfolgt, bei der die Bauteile von den Interaktionspartnern gleichzeitig und gemeinsam bearbeitet werden. (Linda Onnasch et al. 2016, S. 5)

Weiterführende Literatur

  • Bauer, Wilhelm; Bender, Manfred; Braun, Martin; Rally, Peter; Scholtz, Oliver (2016): Leichtbauroboter in der manuellen Montage – einfach einfach anfangen. Erste Erfahrungen von Anwederunternehmen. Fraunhofer-Institut für Arbeitswissenschaft und Organisation IAO
  • Görke, Matthias; Blankemeyer, Sebastian; Pischke, Dennis; Oubari, Assem; Raatz, Annika und Nyhuis, Peter (2017): Sichere und akzeptierte Kollaboration von Mensch und Maschine. ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb: Vol. 112, No. 1-2, S. 41-45.
  • Linda Onnasch; Xenia Maier; Thomas Jürgensohn (2016): Mensch-Roboter-Interaktion - Eine Taxonomie für alle Anwendungsfälle.
  • Matthias, Björn; Ding, Hao und Miegel, Volker (2013): Die Zukunft der Mensch-Roboter Kollaboration in der industriellen Montage. Internationales Forum mechatronik (ifm) 2013.
  • Thomas, C.; Kuhlenkötter, B.; Klöckner, M. (2014): Mensch-Roboter-Kollaboration - Von der industriellen Produktion bis zum Anwendungsgebiet Rehabilitation. Weidner, Robert; Redlich, Tobias (Hrsg.) ; Helmut-Schmidt-Universität, Laboratorium Fertigungstechnik, Hamburg: Technische Unterstützungssysteme, die die Menschen wirklich wollen : Erste transdisziplinäre Konferenz zum Thema, Hamburg, 15.-16.Dezember 2014, S. 253-261.
  • Weber, Marc-André; Stowasser, Sascha (2018): Ergonomische Arbeitsplatzgestaltung unter Einsatz kollaborierender Robotersysteme: Eine praxisorientierte Einführung. Zeitschrift für Arbeitswissenschaft: Vol. 72, No. 4, S. 229-238.

KoMPI

Technische Universität Dortmund

Institut für Produktionssysteme

 

Ruhr-Universität Bochum

Lehrstuhl für Produktionssysteme

 

SafeMate

Leibniz Universität Hannover

Institut für Fabrikanlagen und Logistik

 

Leibniz Universität Hannover

Institut für Montagetechnik

 



Förderhinweis

Diese Forschungs- und Entwicklungsprojekte (KUKoMo 02P15A02x, KoMPI 02P15A06x, SafeMate 02P15A08x) wurden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.