Eine Königsdisziplin für Kabel
Schlüsselbranche Robotik: Experten diskutieren die Trends, Potenziale und Herausforderungen
Die Robotik erschließt immer neue Einsatzgebiete und entwickelt effiziente Lösungen auch für komplexe Aufgaben. Das macht sie für HELUKABEL zur Schlüsselbranche – denn Kabel und Leitungen sind für jede Art von Roboter unverzichtbar. Grund genug, um in einer Expertenrunde die Trends und Herausforderungen der Robotik unter die Lupe zu nehmen.
Wenn von Robotern die Rede ist, hat jeder sofort ein bestimmtes Bild vor Augen. Aber wie ist denn eigentlich definiert, was ein Roboter ist und was nicht?
Prof. Christian Wurll: Es gibt eine Definition, ab wann eine kinematische Kette ein Roboter ist. Diese besagt, dass es mindestens drei Achsen sein sollten, die mechanisch verknüpft sind. Allerdings gibt es auch sehr viele Maschinen – zum Beispiel in der Verpackungstechnik – die nur zwei Achsen haben und trotzdem als Roboter bezeichnet werden.
Ronald Benedek: Aber ist eine Werkzeugmaschine dann nicht auch ein Roboter? Hier bewegen sich ja in der Regel mehr als drei Achsen.
Dr.-Ing. Werner Kraus: Der Unterschied ist, dass ein Roboter universell einsetzbar ist, während eine Werkzeugmaschine nur zu einem Zweck gebaut ist, etwa zum Fräsen. Aber was jetzt ein Roboter ist und was nicht, da gibt es schon Interpretationsspielraum. Viele Hersteller von fahrerlosen Transportsystemen etwa fühlen sich nicht als Roboterhersteller, sondern als Logistikanbieter. Auch die Frage nach der Autonomie spielt eine wichtige Rolle bei der Definition.
Benedek: Das klassische Bild, das man vor Augen hat, wenn man über Roboter spricht, ist der Industrieroboter in der Fertigung – ein lebendiger, mechanischer Arm, der sich bewegt und dreht.
Welche Rolle spielen Kabel und Leitungen in der Robotik, und welche Anforderungen müssen sie hier erfüllen?
Holger Dietz:
Sechsachsroboter sind für Leitungen eine echte Königsdisziplin: Sie müssen Biegung, Torsion, Zugbeanspruchung, aber auch Umwelteinflüssen standhalten. Roboter kommen auch bei extremen Temperaturen zum Einsatz und mit Staub, Schmutz, Feuchtigkeit oder Chemikalien in Kontakt. Das ist schon eine besondere Herausforderung.
Janik Ebner:
Kabel und Stecker sind in der Robotik immer ein kritischer Punkt, an dem es bei Millionen von Bewegungen früher oder später zu einem Ausfall kommen kann. Wir haben unsere Roboter natürlich so konstruiert, dass es zu keinem Knick eines Kabels kommt. Aber gerade die Torsion lässt sich in vielen Anwendungen nicht vermeiden.
Benedek:
Für uns als Kabelhersteller ist die Robotik auch vor allem in dieser Hinsicht besonders spannend. Um Bewegungen um die eigene Längsachse zu ermöglichen, unterscheiden sich unsere Roboterleitungen im Aufbau deutlich von anderen Leitungen. Das fängt bei der Litze an und geht über die Aderisolierung und Verseilung bis zu speziellen Folien und Vliesen, die in die Leitung eingebracht werden, um sie torsionsbeständig zu machen.
Vincenzo Rio:
Bei Robotern, die zum Schweißen eingesetzt werden, kommt noch das Thema Schweißfunkenbeständigkeit hinzu. Hierzu erreichen uns in letzter Zeit immer mehr Anfragen, auch aus der Automobilindustrie.
Dynamische Belastungen sind also für Komponenten in der Robotik die größte Herausforderung. Wie lassen sich dabei eine zuverlässige Funktion sicherstellen und mögliche Störungen frühzeitig erkennen?
Horst Messerer: Wir machen uns über die Lebensdauer unserer Kabel selbstverständlich Gedanken – aber das Kabel ist ja nur ein Element am Roboter. Da gibt es Elektronikteile, die kaputtgehen können, oder Lager und Motoren, die altern. Auch Datenleitungen verschleißen mit der Zeit und werden fehleranfälliger. Bei einer Anwendung mit Datenübertragung in Echtzeit fließen diese Paket- oder Bitfehler irgendwann in die Performance des Gesamtsystems mit ein. Dann ist vielleicht eine Maschine nicht mehr im richtigen Takt. Aber wo hier die Grenzen liegen, ist sehr individuell. Insofern beschäftigen wir uns auch mit der Zustandsüberwachung von Datenleitungen.
Ebner: Für eine vorausschauende Instandhaltung werden verschiedene Daten am Roboter gesammelt und übertragen, etwa die Laufleistung der Motoren. Anhand dieser lässt sich auf Basis von Erfahrungswerten zum Beispiel sehr gut voraussagen, wann eine Achse gewartet oder ein Werkzeug getauscht werden muss.
Dietz: Roboter werden im Automotive-Bereich – zum Beispiel in Schweißstraßen – bis zu 16 Jahre lang eingesetzt. Die richtigen Leitungen machen das problemlos mit. Darüber hinaus ist das Thema Retrofit in der Robotik gerade groß im Kommen. Aufgrund der teils langen Lieferzeiten für neue Modelle lohnt es sich vielfach, alte Roboter aufzurüsten und instand zu setzen. Da ist in Einzelfällen vielleicht auch ein Austausch der Kabel sinnvoll.
Wurll: Wenn an einem Roboter etwas kaputtgeht, dann sind es meistens Peripheriekomponenten wie Greifer oder Schweißtechnik. Hier ist in Sachen Instandhaltung der Systemintegrator in der Pflicht, der den Roboter mit diesen Komponenten ausrüstet. Auch bei den Kosten macht die Peripherie den Hauptteil der meisten Robotersysteme aus. Daher sollte hier der Fokus liegen, wenn es um vorausschauende Wartung geht.
Die räumliche Trennung zwischen Mensch und Roboter wird an vielen Arbeitsplätzen geringer – Stichwort Cobots. Welche Herausforderungen gilt es auf diesem Weg zu meistern?
Kraus: Einer der wichtigsten Punkte ist, Unfälle so gut es geht zu vermeiden. Schließlich ist die Verletzungsgefahr bei einem Cobot ohne Schutzzaun deutlich größer als bei einem komplett eingehausten Industrieroboter. Die Menschen, die mit den Robotern zusammenarbeiten, müssen entsprechend geschult sein – etwa durch eine Art „Roboter-Führerschein“. Oft wird unterschätzt, dass Roboter jederzeit auch Bewegungen ausführen können, die nicht vorhersehbar sind – da kommt es dann schnell zu Kollisionen. Aus diesem Grund ist die Verfahrgeschwindigkeit von Cobots aber auch deutlich geringer.
Dietz: Es gab auch schon Versuche, das Verhalten von Cobots mit Kameras zu überwachen, Kollisionen auszuwerten und zukünftig zu verhindern. Hier ist je nach Einsatz auf den Datenschutz zu achten, denn auch die Mitarbeiter könnten mit einem solchen System kontrolliert werden.
Ebner: Interessant ist auch, dass Cobots zwar die Möglichkeit des kollaborativen Arbeitens ohne räumliche Trennung zwischen Mensch und Maschine bieten, diese aber bei weitem nicht von allen Anwendern genutzt wird. Das heißt: Cobots sind in der Praxis oft gar keine Cobots, also Collaborative Robots, im eigentlichen Wortsinne, sondern kommen eher als kompaktere Variante des klassischen Industrieroboters zum Einsatz.
Cobots und eine neue Generation von einfach bedienbaren Industrierobotern erleichtern vielen Anwendern den Einstieg in die Robotik. Aber wann ist es wirklich sinnvoll, in Robotertechnik zu investieren, und welche Vorteile können sie sich davon erwarten?
Ebner: Das ist sehr stark vom jeweiligen Anwendungsfall abhängig. Generell zielen sowohl Cobots als auch die neue Generation kompakter und leicht zu bedienender Industrieroboter, wie auch unser HORST einer ist, auf kleine und mittelständische Unternehmen ab, von denen bislang nur ein geringer Prozentsatz überhaupt Roboter im Einsatz hat. Da geht es meist nicht um High-End-Anwendungen, sondern auch darum, erstmal Erfahrungen mit der Technologie zu sammeln und einen einfachen, wirtschaftlichen Einstieg in die Materie zu finden. Oft steht der Gedanke, sich einen Roboter anzuschaffen, am Anfang, und die konkrete Anwendung kristallisiert sich erst später heraus – also quasi der umgekehrte Weg wie bei den klassischen Industrierobotern, die man beispielsweise aus der Automobilindustrie kennt. Cobots und die neue Generation von Industrierobotern sind auch wesentlich flexibler und gar nicht darauf ausgelegt, sechs oder zehn Jahre ein und dieselbe Aufgabe auszuführen. Sowohl beim Preis als auch bei der Einrichtung und Bedienung bieten sie ein ganz anderes Level an Zugänglichkeit. Wir sind deshalb davon überzeugt, dass hier noch ein großes Potenzial schlummert.
Im Zuge der Digitalisierung wird immer wieder über die Frage diskutiert, ob der Automatisierung und Robotik Arbeitsplätze zum Opfer fallen oder aber neue geschaffen werden. In welchen Schlüsseltechnologien ersetzt der Roboter die menschliche Arbeitskraft? Wo sehen Sie Chancen und Möglichkeiten, dass durch Robotik und Automatisierung neue Arbeitsplätze entstehen?
Dietz: Ich sehe die Robotik nicht als Bedrohung für menschliche Arbeitsplätze, sondern als Ergänzung. Bei uns in Deutschland herrscht Fachkräftemangel, für viele Aufgaben wird es immer schwerer, qualifizierte Mitarbeiter zu finden. Roboter können auch körperlich belastende oder monotone Jobs übernehmen, die beim Menschen unbeliebt sind – und das sieben Tage die Woche, 24 Stunden ohne Pause und mit hoher Genauigkeit. In diesen Bereichen rechne ich nicht damit, dass Stellen abgebaut werden, da wir die Fachkräfte dafür ohnehin nicht in der benötigten Menge haben. In Niedriglohnländern mit hoher Mitarbeiterverfügbarkeit kann das anders aussehen. Andererseits entstehen dadurch neue Arbeitsplätze für die Leute, die die Roboter programmieren und bedienen. Die Mitarbeiter dafür entsprechend zu qualifizieren, ist allerdings für die Unternehmen eine große Herausforderung. Das wird uns in den kommenden Jahren sicher beschäftigen.
Ob in der Medizin und Pflege, in der Gastronomie, im privaten Haushalt oder als Kinderspielzeug: Die Anwendungsmöglichkeiten von Robotern scheinen auch abseits der Industrie nahezu unbegrenzt. Werden wir in 10, 20 oder 50 Jahren in allen Lebensbereichen von Robotern umgeben sein?
Benedek: Ich sehe einen Trend in Richtung Serviceroboter. In Haushalten, Pflegestationen und Krankenhäusern werden Roboter noch verstärkter zum Einsatz kommen, um Menschen zu unterstützen – etwa bei schweren Hebetätigkeiten oder anderen Dingen, die vielleicht gesundheitlich nicht mehr möglich sind. Es gibt zum Beispiel bereits Roboter, die selbstständig durch Krankenhauszimmer fahren und diese mit UV-Licht desinfizieren. Ich schätze, dass es für Roboter, die Privatpersonen und nicht der Industrie helfen, in den nächsten Jahren die eine oder andere sinnvolle – oder auch sinnlose – Idee geben wird.
Dietz: Im Medizinbereich sehe ich auch viel Potenzial. Es werden schon heute assistierende Roboter entwickelt, mit denen zum Beispiel endoskopische Operationen durchgeführt werden. Dafür braucht man normalerweise bis zu vier Ärzte, die dicht an dicht um den Patienten herumstehen. Der Roboter hingegen hat bis zu vier Arme und wird per Steuerkonsole, Monitor und Kamera gesteuert – das ermöglicht eine viel bessere Übersicht. Physiotherapeutische Anwendungen oder Hebetische in Operationssälen sind weitere große Einsatzgebiete, die im Kommen sind. Roboter bieten außerdem einen klaren Vorteil, wenn es um gesundheitsgefährdende Aufgaben geht – zum Beispiel bei der Bombenentschärfung oder in der Reaktortechnik.
Wurll: Wir sind zur Zeit sehr intensiv in der Bauindustrie unterwegs. Gemeinsam mit einem Bauunternehmen entwickeln wir einen Roboter, der auf Baustellen Kalksandsteinwände mauert. Auch für die Landwirtschaft ist Robotik interessant. Wir sind mit einigen Greiferherstellern in Kontakt, die etwa über den automatisierten Erdbeer- oder Apfelpflücker nachdenken. Outdoorfähigkeit ist hier natürlich essenziell, die Technik muss bei Wind und Wetter funktionieren. Unternehmen wie Google investieren zudem massiv in sogenannte Alltagsroboter. Das sind zum Beispiel mobile Plattformen mit Armen, die in Restaurants und Cafés Tische reinigen oder Stühle zurechtrücken. Ob sich das wirklich durchsetzen wird, kann man noch nicht vollständig abschätzen, aber in der Gastronomie ist das tatsächlich ein neues, hippes Thema.
Kraus: Ich denke, dass die Robotik bei handhabenden Tätigkeiten wesentlich weiter ist als bei der Interaktion mithilfe von Sprache. Hier gibt es eine interessante Parallele zur menschlichen Evolution, denn auch bei uns hat sich die Sprache deutlich später entwickelt als die Fingerfertigkeit. Entsprechend schwer tun wir uns meiner Meinung nach auch, dies in Form von künstlicher Intelligenz zu modellieren und zu beherrschen. Daher glaube ich, dass die nächste Roboter-Revolution mobile Plattformen sein werden, etwa zum Einsatz in der Logistik.
Wurll: Hier gibt es bereits innovative Ansätze für die Beladung von LKW und Wechselbrücken. Ein amerikanischer Anbieter hat kürzlich eine mobile Plattform mit einem speziell entwickelten Arm vorgestellt, der für die Geometrie von so einer Wechselbrücke optimiert ist. Der Roboter ist in der Lage, in den Ladungsträger hineinzufahren und mit einem Teleskopförderer Kisten zu lokalisieren und zu verladen. Dabei ist er noch nicht zwingend schneller als ein Mensch, aber er braucht eben auch keine Pause. Dadurch können sich hier schon Produktivitätsvorteile ergeben.
Kraus: Es gibt noch eine andere Anwendung, die gerade massiv im Kommen ist: und zwar Schweißroboter. Beim Beruf des Schweißers ist der Fachkräftemangel besonders groß, und hier macht es auch nichts, wenn der Roboter nur langsam verfährt – man kann ohnehin nicht so schnell schweißen. Eines der Themen, mit denen wir uns am IPA momentan beschäftigen, ist daher das intelligente Erkennen von Anfang und Ende der Schweißnaht und das Ausgleichen von Toleranzen. Wir schätzen, dass die Robotik in der Schweißtechnik noch viel Potenzial hat.
Zu den Personen
- Prof. Dr.-Ing. Christian Wurll ist Professor für Elektrotechnik und Automatisierung an der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften der Hochschule Karlsruhe. Seine Fachgebiete sind Robotik und Automatisierungstechnik, zudem ist er Sprecher des Instituts für angewandte Forschung. Zuvor war Wurll 16 Jahre lang beim Roboterhersteller Kuka beschäftigt.
- Dr.-Ing. Werner Kraus ist Abteilungsleiter Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Das Institut baut unter anderem ein baden-württembergisches „Robotics Valley“ auf mit dem Ziel, verschiedene Akteure im Bereich Robotik zusammenzubringen.
- Janik Ebner ist Produktmanager bei der fruitcore robotics GmbH. Das Unternehmen mit Sitz in Konstanz hat 2018 den Industrieroboter HORST auf den Markt gebracht, der besonders kleinen und mittelständischen Unternehmen einen einfachen und preiswerten Einstieg in die Robotik ermöglicht.
- Holger Dietz ist Business Unit Manager der Robotec Systems GmbH, einer Tochtergesellschaft von HELUKABEL. Das Unternehmen mit Sitz in Duisburg ist auf Schlauch- und Medienpakete für die Robotik spezialisiert. Zuvor war Dietz unter anderem in verschiedenen Positionen im Maschinen- und Anlagenbau sowie bei Kawasaki Robotics tätig.
- Ronald Benedek ist seit 2008 bei HELUKABEL beschäftigt und als Teamleader Automation & Drives bei HELUKABEL für die Themen Antriebstechnik und Robotik zuständig.
- Vincenzo Rio verstärkt seit 2020 das Team von Ronald Benedek als Experte für Roboterleitungen. Zu seinen Aufgaben zählen das Management des branchenspezifischen Produktportfolios und die Unterstützung der internationalen Niederlassungen von HELUKABEL.
- Horst Messerer ist Produktmanager Daten-, Netzwerk- und Bustechnik bei HELUKABEL. Vor seinem Eintritt ins Unternehmen im Jahr 2014 war er bereits 28 Jahre in der Kabelbranche tätig, war und ist zudem in verschiedenen Bus- und Ethernetvereinen aktiv und kennt sich bestens mit den gängigen Standards aus.
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