Digital Manufacturing Essentials  Cobots – kollaborative Roboter einfach erklärt 

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Cobots stellen einen wichtigen Baustein der modernen Industrie und der digitalen Transformation dar. Sie ermöglichen eine effiziente, flexible und wirtschaftliche Automatisierung. Aufgrund ihrer vielseitigen Einsatzmöglichkeiten werden sie künftig in immer mehr Branchen eine Rolle spielen.

Cobots spielen in der modernen Industrie eine wichtige Rolle. Sie unterstützen Unternehmen dabei, Produktionsprozesse effizienter, flexibler und wirtschaftlicher zu gestalten. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, dass Cobots den zunehmenden Fachkräftemangel abfedern können. Sie übernehmen monotone Arbeitsabläufe, zum Beispiel das Auf- und Abheben von Objekten (Pick-and-Place). Dadurch entlasten sie Mitarbeitende, sodass diese sich auf anspruchsvollere und wertschöpfendere Aufgaben konzentrieren können. 

Auch im Rahmen der Digitalisierung und der Industrie 4.0 spielen Cobots eine wichtige Rolle. Sie können mit Maschinen, Sensoren und digitalen Produktionssystemen vernetzt werden und unterstützen dadurch intelligente, automatisierte Fertigungsprozesse. Unternehmen gewinnen so mehr Flexibilität und können schneller auf Marktveränderungen oder individuelle Kundenwünsche reagieren.

Der folgende Beitrag gibt Einblicke in die Grundlagen: Was sind Cobots? Für welche Branchen und Unternehmen eignen sich? Welche Vorteile bieten sie – und welche Nachteile? Zudem blickt der Artikel auf das wichtige Thema Sicherheit beim Einsatz von Kollege Roboter.

Was ist ein Cobot?

Ein Cobot (kurz für Collaborative Robot, auf Deutsch: kollaborativer Roboter) ist ein Industrieroboter, der dafür entwickelt wurde, direkt mit Menschen zusammenzuarbeiten. Sie werden häufig eingesetzt, um wiederkehrende, körperlich anstrengende oder sehr präzise Aufgaben zu übernehmen. 

Typische Anwendungen sind das Montieren von Bauteilen, das Verpacken von Produkten, das Bestücken von Maschinen, Qualitätskontrollen oder das Palettieren. Dabei ergänzen sie die Arbeit von Menschen, anstatt sie vollständig zu ersetzen. Während der Mensch beispielsweise Entscheidungen trifft oder komplexe Handgriffe ausführt, übernimmt der Cobot monotone oder kraftaufwendige Tätigkeiten.

Wie funktionieren Cobots?

Cobots funktionieren durch das Zusammenspiel von Sensorik, Steuerungstechnik und intelligenter Software. Sie erfassen kontinuierlich ihre Umgebung, berechnen ihre Bewegungen in Echtzeit und reagieren auf Veränderungen oder die Anwesenheit von Menschen. Dadurch können sie Aufgaben sicher und präzise ausführen und gleichzeitig mit menschlichen Beschäftigten zusammenarbeiten.

Beispiel: Die Cobot-Familie PoWa kombiniert hohe Geschwindigkeit und Traglasten mit industrieller Leistungsfähigkeit in der kollaborativen Robotik. Die Traglasten der Cobots reichen von sieben bis 30 Kilogramm.

Im Inneren befinden sich mehrere Elektromotoren, die die einzelnen Gelenke des Roboterarms bewegen. Sensoren messen dabei ständig die Position, Geschwindigkeit und die auf die Gelenke wirkenden Kräfte. Zusätzlich können Kameras, Laserscanner oder andere Sensoren eingesetzt werden, um Personen oder Objekte in der Umgebung zu erkennen. Die Steuerung verarbeitet diese Informationen fortlaufend und passt die Bewegungen des Roboters entsprechend an.

Ein wichtiges Merkmal von Cobots ist ihre Sicherheitsfunktion: Registrieren deren Sensoren einen unerwarteten Kontakt oder einen zu hohen Widerstand, reduziert der Roboter seine Geschwindigkeit oder stoppt sofort. Dadurch wird das Verletzungsrisiko deutlich verringert. Je nach Anwendung arbeiten Cobots außerdem mit Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung, sodass sie langsamer werden oder anhalten, wenn sich eine Person nähert.

Die Programmierung eines Cobots ist meist einfacher als bei klassischen Industrierobotern. Viele Modelle können durch sogenanntes Tech-In-Verfahren eingerichtet werden. Dabei fährt der Programmierer den Arm direkt an die gewünschte Position und speichert die Bewegungsbahn direkt auf der Robotersteuerung ab. Sie kann anschließend beliebig oft wiederholt werden. Alternativ lassen sich Cobots über grafische Benutzeroberflächen oder Programmiersprachen konfigurieren.

Cobots versus klassische Industrieroboter

Cobots und klassische Industrieroboter unterscheiden sich vor allem in ihrer Art der Zusammenarbeit mit Menschen, ihren Sicherheitskonzepten und ihren Einsatzbereichen. Während klassische Industrieroboter hauptsächlich für hohe Geschwindigkeiten und große Traglasten ausgelegt sind, wurden Cobots speziell für die direkte Zusammenarbeit mit Menschen entwickelt.

Ein wesentlicher Unterschied liegt in der Sicherheit. Dank der Kameras und sensiblen Sensoren, die Berührungen sofort registrieren und den Cobot stoppen lassen, sind Schutzeinrichtungen wie Zäune und Käfige nicht mehr nötig. Bei drohender Gefahr für den Menschen unterbricht er seine Arbeit. Die günstigeren kollaborierenden Roboter haben zudem niedrigere Anschaffungskosten. Dadurch machen sie Produktionsautomatisierung auch für kleine und mittelständische Unternehmen erschwinglich.

Auch die Programmierung unterscheidet sich deutlich. Wie oben bereits beschrieben, lassen sich Cobots häufig ohne großen Aufwand per Teach-In-Verfahren programmieren. Klassische Industrieroboter erfordern dagegen meist spezielle Programmierkenntnisse und einen höheren Einrichtungsaufwand.

Ein weiterer Unterschied betrifft die Flexibilität. Cobots eignen sich besonders für kleine Losgrößen, wechselnde Produkte und Arbeitsplätze, an denen Mensch und Roboter gemeinsam arbeiten. Klassische Industrieroboter sind dagegen für hochautomatisierte Produktionslinien mit gleichbleibenden Abläufen optimiert, bei denen maximale Geschwindigkeit und Produktivität im Vordergrund stehen.

Vorteile von Cobots

Cobots haben diverse Vorteile, unter anderem ihre hohe Flexibilität. Sie lassen sich schnell für unterschiedliche Aufgaben umrüsten und eignen sich daher besonders für kleine Losgrößen, häufig wechselnde Produkte oder individuelle Fertigungsprozesse. Unternehmen können dadurch schneller auf veränderte Anforderungen reagieren.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Entlastung der Beschäftigten. Cobots übernehmen monotone, körperlich belastende oder ergonomisch ungünstige Tätigkeiten. Dazu gehören beispielsweise das Heben schwerer Bauteile, das Verpacken oder das wiederholte Montieren von Komponenten. Dadurch können sich Mitarbeitende auf anspruchsvollere oder wertschöpfendere Aufgaben konzentrieren, während gleichzeitig die körperliche Belastung und das Risiko arbeitsbedingter Beschwerden sinken.

Darüber hinaus können Cobots die Produktivität und Qualität steigern. Sie arbeiten präzise und wiederholgenau. Das reduziert Fehler und fördert gleichbleibende Arbeitsergebnisse. Gleichzeitig können sie ohne größere Pausen über lange Zeiträume eingesetzt werden, was die Effizienz von Produktionsprozessen erhöht.

Typische Einsatzgebiete

Typische Cobot-Einsatzgebiete finden sich überall dort, wo Menschen und Roboter gemeinsam arbeiten und sich Aufgaben sinnvoll aufteilen. Aufgrund ihrer Flexibilität und einfachen Programmierung werden sie in vielen Branchen eingesetzt, insbesondere in der Industrie, aber auch in anderen Bereichen.

• In der Montage unterstützen Cobots beim Zusammenfügen von Bauteilen, beim Verschrauben, Kleben oder Einsetzen von Komponenten. Sie übernehmen wiederkehrende Arbeitsschritte mit hoher Präzision, während der Mensch komplexe oder feinmotorische Tätigkeiten ausführt.
• Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet ist die Maschinenbestückung. Cobots legen Werkstücke in Maschinen ein, entnehmen fertige Teile und transportieren sie zum nächsten Bearbeitungsschritt. Dadurch können Maschinen länger und effizienter betrieben werden.
• Auch in der Verpackung und Palettierung kommen Cobots häufig zum Einsatz. Sie sortieren Produkte, verpacken sie in Kartons oder stapeln sie auf Paletten. Diese Aufgaben sind oft monoton und körperlich belastend und eignen sich daher besonders für die Automatisierung in der Produktion.
• In der Qualitätskontrolle unterstützen Cobots bei der Prüfung von Werkstücken. Mithilfe von Kameras oder Sensoren können sie Produkte vermessen, Oberflächen kontrollieren oder Fehler erkennen und so eine gleichbleibend hohe Produktqualität sicherstellen.
• Darüber hinaus werden Cobots für Materialtransport und Logistik eingesetzt. Sie bewegen Bauteile oder Werkzeuge zwischen verschiedenen Arbeitsstationen und unterstützen dadurch einen reibungslosen Materialfluss innerhalb der Produktion.

Welche Branchen nutzen Cobots?

Neben der Industrie finden Cobots zunehmend Anwendung in weiteren Bereichen. In der Medizintechnik helfen sie beispielsweise bei Laborarbeiten oder der Vorbereitung medizinischer Proben. In der Elektronikfertigung übernehmen sie besonders präzise Aufgaben in der Montageautomatisierung an empfindlichen Bauteilen. Auch in der Lebensmittelindustrie werden sie für das Sortieren, Verpacken oder Palettieren von Produkten eingesetzt.

In Zahlen

Im Jahr 2024 wurden weltweit rund 64.500 Cobots verkauft. Damit machten sie einen Anteil von zwölf Prozent an den weltweit ausgelieferten Industrierobotern aus.

Für welche Unternehmen eignen sich Cobots?

Cobots eignen sich für viele Unternehmen, besonders in drei Anwendungsszenarien:

• Wenn Mensch und Roboter zusammenarbeiten müssen: Einige Prozesse lassen sich nicht vollständig automatisieren, zum Beispiel aufgrund variabler Materialien oder unvorhersehbarer Abläufe. 
• Wenn der Platz begrenzt ist: In vielen Produktionsumgebungen fehlt der Platz für eine klassische Roboterzelle mit Schutzzäunen. 
• Wenn lexibilität und einfache Programmierung gefragt sind: Cobots sind ideal für Umgebungen, in denen sich Aufgaben häufig ändern. Dank ihrer einfachen Bedienung können sie schnell 

Und wann eignen sie sich nicht?

Trotz ihrer Vielseitigkeit sind Cobots nicht immer die optimale Lösung.Ihre Schwächen liegen in drei Bereichen:

• Hohe Präzision: Cobots arbeiten meist mit einer Genauigkeit zwischen 0,01 und 0,05 mm – für viele Anwendungen völlig ausreichend. Wenn jedoch eine noch höhere Präzision erforderlich ist, sind klassische Industrieroboter überlegen.
• Hohe Geschwindigkeit: Cobots sind bewusst langsamer, um sicher arbeiten zu können. Wenn Prozesse extreme Geschwindigkeit verlangen, sind traditionelle Industrieribiter die bessere Wahl. 
• Großzügiger Platz: Wenn genügend Raum für eine abgesicherte Roboterzelle vorhanden ist und keine Zusammenarbeit mit Menschen nötig ist, spricht wenig für den teureren Cobot.

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Safety first! – Sicherheit & Normen 

Cobots sind wie Maschinen in der Industrie nach Maschinenrichtlinie 2006/42/EG zu behandeln und in Verkehr zu bringen. Nur so kann der Betreiber diese auch sicher und rechtskonform verwenden. 

Es existieren drei Gruppen, in die die in Europa verwendeten Normen eingeordnet werden: A, B und C:

• Die ISO 12100 (Risikobeurteilung / Risikominderung) ist die einzige A-Norm und beschreibt das Verfahren der Risikobeurteilung nach Maschinenrichtlinie. Sie ist damit verbindlich für alle Maschinen. Außerdem beschreibt sie Gestaltungsgrundsätze zur sicheren Konstruktion. 
• Die B-Normen beschreiben eher allgemeine Aspekte der Gestaltung, die jedoch für eine Vielzahl an Maschinen relevant sind. Dazu gehören DIN EN 62061 (Funktionale Sicherheit elektrischer Steuerungen) sowie die EN ISO 13849.
• Die C-Normen sind hingegen sehr maschinenspezifisch und beschreiben Maßnahmen zur Risikominderung bei diesen Maschinen bzw. Anlagen. Dazu gehören ISO TS 15066 (Sicherheitsanforderungen an kollaborative Roboter und ihr Arbeitsumfeld), ISO 10218 Teil 1 & 2 (Sicherheitsanforderungen an Industrieroboter & Systeme und Integration) und EN ISO 11161 (Integrierte Fertigungssysteme aus mindestens zwei miteinander verbundenen Maschinen)

Teil 1 und 2 der DIN EN ISO 10218 konkretisieren die Anforderungen der Maschinenrichtlinie. Außerdem ist diese Norm für den Arbeitsschutz relevant, werden doch in ihr grundsätzliche Gefährdungen bei der Arbeit mit Robotern und mögliche Schutzmaßnahmen beschrieben. 

Zusätzlich zur Risikobeurteilung des Herstellers muss eine Gefährdungsbeurteilung des Betreibers am vorgesehenen Arbeitsplatz kommen. Biomechanische Grenzwerte dienen der Bewertung des möglichen Verletzungsgrades bei einem Zusammenstoß von Roboter und Mensch.

Fazit

Cobots sind eine moderne Form der Robotik, die speziell für die sichere Zusammenarbeit mit Menschen entwickelt wurde. Im Gegensatz zu klassischen Industrierobotern stehen bei ihnen nicht nur Leistung und Geschwindigkeit, sondern auch Flexibilität, einfache Bedienung und ein sicheres Miteinander von Mensch und Maschine im Vordergrund.

Durch ihre integrierten Sensoren und Sicherheitsfunktionen können Cobots zahlreiche wiederkehrende, präzise oder körperlich belastende Aufgaben übernehmen. Sie entlasten Beschäftigte, verbessern die Ergonomie am Arbeitsplatz und tragen dazu bei, die Produktivität sowie die Qualität von Arbeitsprozessen zu steigern. Gleichzeitig lassen sie sich vergleichsweise einfach programmieren und schnell an neue Aufgaben anpassen, wodurch sie sich besonders für Unternehmen mit häufig wechselnden Produktionsanforderungen eignen.

Trotz ihrer Vorteile ersetzen Cobots den Menschen jedoch nicht vollständig. Vielmehr ergänzen sie dessen Fähigkeiten, indem sie monotone oder belastende Tätigkeiten übernehmen, während der Mensch komplexe Entscheidungen, Kreativität und Problemlösungen einbringt.