Keine Panik, YuMi tut Ihnen nichts! Die Leichtbauroboter von ABB gehen menschlichen Kollegen gerne zur Hand

Von Drew Turney
- 4. Okt 2016 - 6 min-LEKTÜRE
YuMi. Mit freundlicher Genehmigung von ABB.

Auf der Kinoleinwand haben automatisierte Helferlein längst Einzug in den Lebensalltag gehalten. In der Wirklichkeit scheitert die Mensch-Roboter-Kooperation bislang noch an Sicherheitsbedenken.

Wie bei allen anderen Maschinen in der Werkshalle hat auch hier der Arbeitsschutz oberste Priorität. Vom Automobilbau bis zur Computerfabrik kommen Roboter derzeit vor allem am Fließband zum Einsatz: tonnenschwere Maschinen, die sich sehr schnell bewegen und in abgetrennten Bereichen arbeiten müssen, um die Sicherheit der menschlichen Arbeitskräfte nicht zu gefährden.

Roboter eignen sich hervorragend zur Verrichtung einfacher, mehr oder weniger monotoner Aufgaben, bei denen weit ausholende Bewegungen erforderlich sind. Andere Arbeittschritte sind nach wie vor in Menschenhand besser aufgehoben. Damit stehen Fertigungsbetriebe vor der Herausforderung, Roboter aus der Isolation in abgesperrten Bereichen zu befreien und enger mit ihren menschlichen Kollegen zusammenarbeiten zu lassen. Nur so können sie das mit der Kombination menschlicher und maschineller Kapazitäten verbundene Potential zur Steigerung von Effizienz und Qualität für sich nutzbar machen, ohne die Sicherheit ihrer menschlichen Arbeitskräfte zu gefährden.

Eben dieser Herausforderung will der global tätige Energie- und Automatisierungstechnikkonzern ABB mit seinem Leichtbauroboter YuMi begegnen. Mit seinem gedrungenen Körperbau, freundlichem Gebaren und flüssigem Bewegungsablauf entspricht YuMi dem alten Traum vom vollautomatischen Heinzelmännchen. Kein Wunder also, dass er branchenübergreifend für Aufsehen sorgt.

collaborative robots YuMi working with human
Als erster Industrieroboter kann YuMi bedenkenlos mit menschlichen Kollegen am Fließband zusammenarbeiten. Mit freundlicher Genehmigung von ABB.

Mit zwei mehrgelenkigen Armen und Greifhänden hat YuMi eine sehr viel größere Reichweite als andere vergleichbare Roboter und lässt sich für eine Vielfalt von Aufgaben einsetzen, die noch weit über seine ursprünglich vorgesehenen Funktionsbereiche hinausgeht.

Multifunktionale Leichtbauroboter, die eine sichere Zusammenarbeit mit menschlichen Kollegen ermöglichen, gelten seit langem als das Alpha und Omega der Industrieroboterentwicklung, so Anders Helgeson, der bei ABB für den Bereich Innovation zuständig ist. „Branchenweit hat man sich um die Automatisierung von Fließbandarbeit mithilfe von Robotern bemüht – und ist immer wieder gescheitert“, erläutert er.

Die menschliche Dimension

Wer jemals Robotern bei der Fahrzeugmontage zugesehen hat, weiß, dass sie in einer vollkommen anderen Größenordnung arbeiten als wir Menschen. Sie heben nicht nur schwerere Lasten, sondern bewegen sich auch viel schneller.

Zwar gibt es bereits Roboter, die auch zur Arbeit mit geringeren Traglasten eingesetzt werden, doch bestimmte Aufgaben erfordern die Feinmotorik, die nur menschliche Fließbandarbeiter mitbringen. Zudem können Roboter nicht wie Menschen flexibel auf Probleme reagieren, improvisieren und sich an eine veränderte Sachlage anpassen.

Und selbst für Roboter, die quasi im menschlichen Maßstab arbeiten, waren bislang Sicherheitsschranken oder Sperrzonen erforderlich, sodass ein menschlicher Fließbandarbeiter nicht ohne weiteres ein Bauteil an einen Roboter weiterreichen bzw. es von ihm entgegennehmen kann, um den nächsten Montageschritt vorzunehmen. Für Fertigungsbetriebe bedeutet die Notwendigkeit, Menschen und Roboter voneinander getrennt arbeiten zu lassen, einen erheblichen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand.

collaborative robots YuMi arms
YuMis Arme sind mit einem präzisen Visionsystem und integrierter Kollisionserkennung ausgestattet. Mit freundlicher Genehmigung von ABB.

YuMi ist darauf ausgelegt, ohne Sicherheitsabstand Hand in Hand mit Menschen zusammenzuarbeiten. „YuMi kann nur sehr geringe Traglasten von höchstens einem halben Kilo heben“, erläutert Helgeson. „Diese Gewichtsbeschränkung ist eine Sicherheitsvorkehrung, genauso wie die Armsteuerung. Man kann sich nicht die Finger zwischen seinen Gelenken einklemmen. Und wenn er mit einem Hindernis in Berührung kommt, wird er automatisch angehalten – die Polsterung soll Energie absorbieren, aber das System verfügt auch über eine eingebaute Kollisionserkennung.“

Unendliche Einsatzmöglichkeiten

Trotz allem ist und bleibt YuMi ein Roboter, der schneller und präziser arbeiten kann als ein Mensch und jede noch so monotone Aufgabe erledigt, ohne die Geduld zu verlieren – oder nicht? Doch, sagt Helgeson, theoretisch schon – aber darum sei es eigentlich nie gegangen.

„Manche Betriebe brauchen einen Roboter, den man zur Produktion großer Chargen programmieren kann“, erklärt er. „Andere wiederum wollen, dass er mit menschlichen Arbeitskräften interagiert. Wir decken da quasi das gesamte Spektrum ab. Das Ziel ist, ein hohes Maß an Flexibilität zu gewährleisten, ohne dass das System dadurch weniger zuverlässig wird.“

Stellen wir uns zum Beispiel einen Roboter vor, der entsprechend einer CAD-Zeichnung für eine spezielle Bewegung programmiert wurde. In der Praxis wird das Fertigungsumfeld nur in den seltensten Fällen eins zu eins auf die technischen Eigenschaften der Werkzeuge abgestimmt sein, daher werden mit hoher Wahrscheinlichkeit kostspielige Anpassungen erforderlich. Ein Roboter wie YuMi kann sich hier als Retter in der Not erweisen.

Neben großer Bewegungsfreiheit und flexibel verstellbaren Greifhänden, die sich für die jeweils vorgegebenen Parameter programmieren lassen, weist YuMi noch eine weitere Besonderheit auf: Das System ist mit einer coolen Programmierungsfunktion ausgestattet, die dem Bediener ermöglicht, die Arme und Greifhände in die nächste Position zu bringen und diese Bewegung dann mit einem Knopfdruck in YuMis virtuellem Gedächtnis abzuspeichern. Dadurch wird automatisch ein Algorithmus für den gesamten Bewegungsablauf generiert, der bei Bedarf auch erheblich beschleunigt werden kann.

In einem bislang noch unerreichten Maße bewährt sich YuMi zudem als Allzwecklösung, die einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil für seinen Hersteller ABB bedeutet. Ist die Mehrzahl der in der Schwerindustrie eingesetzten Roboter darauf ausgelegt, einige wenige Aufgaben mit hoher Präzision unzählige Male zu wiederholen, so ist YuMi ebenso flexibel einsetzbar wie ein menschlicher Fließbandarbeiter. „Mit YuMi haben wir uns bewusst entschieden, keinen klassischen Roboter zu entwickeln, sondern wir wollen zeigen, dass es sich hier um eine neue Generation handelt“, so Helgeson dazu.

collaborative robots YuMi grippers
YuMis Hände lassen sich aufgabenspezifisch anpassen und können so gut wie alle Fließbandarbeiten verrichten. Mit freundlicher Genehmigung von ABB.

YuMis Funktionstauglichkeit für verschiedenste Anwendungsbereiche sind nur durch das Vorstellungsvermögen und die Anforderungen seiner Arbeitgeber Grenzen gesetzt. Mit einigem Stolz merkt Helgeson an, dass er in manchen Betrieben sogar für Aufgaben eingesetzt wird, auf die man bei ABB überhaupt nicht gekommen wäre. Von diesen Kunden wiederum habe das Unternehmen wertvolles Feedback erhalten, das bei zukünftigen Iterationen berücksichtigt werden soll, um das System noch weiter zu verbessern.

YuMi und wie es weitergeht

Eine weitere Einnahmequelle sieht Helgeson in einem ähnlichen Ansatz, wie er bereits mit dem Internet der Dinge verfolgt werde: der Entwicklung von Software, die Berichte und Produktivitätsprognosen erstellt sowie Probleme in der Fertigung erkennt und meldet, bevor daraus kostspielige Katastrophen werden.

Dabei sei ABB keineswegs der einzige Hersteller, der die Aufgabenverteilung zwischen Hard- und Software neu überdenkt. „Ich habe gerade etwas über eine neue Generation von programmierbaren Mikroprozessoren gelesen, auf denen maschinelle Lernverfahren und jede Menge hochspezialisierte Algorithmen laufen“, erzählt Helgeson. „Auf diesem Gebiet stehen einige interessante Entwicklungen bevor.“

So erfolgreich YuMis Markteinführung verlaufen ist, sieht Helgeson darin nur einen ersten Schritt auf einem neuen Weg für ABB und die gesamte Branche. „Wenn Sie ein paar Jahre zurückdenken, war Sicherheit ein Hauptthema, und YuMi ist hier ein guter Lösungsansatz“, meint er. Eins steht jedenfalls fest: Als vollautomatischer Montagetechniker, der sich nicht nur vielseitig und sicher einsetzen lässt, sondern auch die Produktivität steigert, ist YuMi der Vorbote einer Zukunft der Mensch-Roboter-Kooperation in der Fertigung, die garantiert spannend wird.

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