Produktion

Roboter nehmen eintönige, wiederkehrende, gefährliche oder körperlich belastende Arbeiten ab, z. B. beim Fräsen, Schleifen, Polieren, Sortieren, Verpacken und Dokumentieren. Auch Hochpräzisionsaufgaben können mit hoher Wiederholgenauigkeit und -geschwindigkeit durchgeführt werden. Das hat für Handwerksbetriebe viele Vorteile. 

1. Vorteile für Ihren Handwerksbetrieb 

Die VDI-Richtlinie 2860 definiert Roboter „als universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei programmierbar und ggf. sensorgeführt sind. Sie sind  mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs– und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.“ 

Ein Roboter ist also eine Maschine, die dazu entwickelt wurde, bestimmte Aufgaben automatisch auszuführen. Die Bewegungsabläufe werden entweder durch einfaches „Vormachen“ angelernt oder per Code-Programmierung festgelegt. 

Im Handwerksbereich können Roboter dazu beitragen, bestimmte Arbeitsprozesse zu erleichtern, zu automatisieren und dadurch effizienter und kostengünstiger zu gestalten. Roboter müssen in einem geschützten Bereich arbeiten. 

Die wichtigsten Vorteile von Robotern im Handwerk 

• Bestimmte Arbeitsschritte können schneller und effizienter durchgeführt werden 

• Entlastung des Körpers bei schweren Arbeiten und Vorbeugen von Krankheiten 

• Mehr Zeit für Arbeiten, die das Handwerk im Kern ausmachen und die Erfahrung, Kreativität und individuelle Lösungen erfordern 

• Mehr Zeit für Kunden und die Produktentwicklung 

• Image-Gewinn und Anreiz für Auszubildende und Fachkräfte, die in einem modernen Betrieb arbeiten wollen 

• Unterstützung bei bestimmten Arbeiten trotz Fachkräftemangel 

• Kosteneinsparungen 

Roboter können nach ihrem Aussehen in folgende Typen eingeordnet werden 

• Gelenkarmroboter kennt man vor allem aus Fertigungsstraßen, doch auch in Handwerksbetrieben kommen sie immer häufiger zum Einsatz. Hier reicht das Spektrum von Leichtbaurobotern zur Montage von Elektronikbauteilen bis zum Schwerlastroboter mit mehreren hundert Kilogramm Hebekraft. Eine Unterart der Gelenkarmroboter sind „Cobots“, kollaborative Roboter, die explizit für die direkte Zusammenarbeit mit Menschen entwickelt wurden. 

• Exoskelette unterstützen und erleichtern die menschlichen Bewegungsabläufe, um Krankheiten und Überbelastung vorzubeugen. Passive Exoskelette unterstützen die Bewegungen ohne Energiezufuhr. Aktive Exoskelette werden dagegen mit Energie versorgt und gelten daher als Roboter. 

• Autonome Fahrzeuge können selbstfahrende Personenkraftfahrzeuge, Staubsaugerroboter oder unbemannte Flugobjekte sein. Für den innerbetrieblichen Transport von Gegenständen werden häufig auch fahrerlose Transportsysteme oder autonome mobile Roboter eingesetzt. 

• Portalroboter sind auf die Bewegung in einer Ebene spezialisiert. Im Gegensatz zu Gelenkarmrobotern können Sie sich also nicht frei im Raum bewegen und rotieren, sondern fahren beispielsweise Böden oder Wände ab. Ein bekanntes Beispiel eines Portalsystems, das allerdings selbst kein Roboter ist, sind Lastenkräne in großen Bauhallen. Eine typische Anwendung von Portalrobotern sind 3D-Drucker. Doch auch Getränkeautomaten, die Glasflaschen zum Ausgang transportieren, anstatt sie einfach fallen zu lassen, gehören zu den Portalrobotern. 

• Humanoide Roboter eignen sich vor allem für die Interaktion mit Menschen, da sie Emotionen zeigen und auf Emotionen reagieren können. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Fähigkeit, typisch menschliche Bewegungen auszuführen, beispielsweise bei der Bergung verschütteter Personen. 

• Tierische Roboter sind Tieren nachempfunden, damit sie sich in anspruchsvollem 
  Gelände besser fortbewegen können. Ein Beispiel hierfür sind Roboterhunde. 

Jeder Typ eignet sich besonders gut für eine bestimmte Aufgabenart, kann aber auch für andere Anwendungsfälle eingesetzt werden. 

Themenheft: Robotik im Handwerk

• Was sind Roboter? 

• Welche Vorteile bieten Roboter für meinen Handwerksbetrieb? 

• Wie starte ich mit Robotik in meinem Betrieb? 

• Wie sieht die Zukunft von Robotern im Handwerk aus? 

Video: https://www.youtube.com/watch?v=w_yFlHHGclI 

Video: Cobots und andere Roboter im Handwerk – Einstieg und aktuelle Anwendungsfälle 

• Was sind Roboter?  

• Aktuelle Entwicklungen in der Robotik  

• Praktische Robotikanwendungen im Handwerk, z. B. Polieren, Kleben, Schweißen, Beladen, Heben, Verpacken, Produktion und Qualitätskontrolle 

• Kosten für Roboter 

• Sind Kollaborative Roboter (Cobots) hilfreicher als normale Roboter?

Werkzeuge und Zubehör zur Umsetzung

Industrieroboter bestehen zum Großteil aus einem Roboterarm, einem Greifer, diversen Sensoren sowie einer Steuerungseinheit. Sie können die Aktionen entsprechend ihrer Programmierung auch autonom ausführen. Beim Serviceroboter ist die Ausstattung abhängig von der jeweiligen Dienstleistung, die dieser erbringen soll.

Anwendungsbeispiele

Roboter können z. B. Dinge heben, transportieren, montieren oder sogar messen und prüfen. Sie sind besonders nützlich für Arbeiten, die Präzision, Wiederholbarkeit und Ausdauer erfordern. Im Folgenden erhalten Sie einen Überblick über typische aktuelle Einsatzszenarien von Robotern im Handwerk. 

Einsatzszenario 1: Objekte sortieren und verpacken (Pick-and-Place) 

Im produzierenden Gewerbe – z. B. im Metallbau, in der Feinwerkmechanik oder bei Holzspielzeugherstellern – müssen Produkte oder Objekte oft in großer Stückzahl sortiert und verpackt werden. 

Hierfür kommen Gelenkarmroboter mit bis zu sieben Achsen zum Einsatz. Der Roboter sortiert und verpackt die Produkte, die per Fließband ankommen oder auf einer Arbeitsfläche vor ihm abgelegt werden. 

Eine exakte Positionierung der Objekte ist nicht notwendig. Dank eingebauter Kamera samt Bilderkennung versteht der Roboter, welches Objekt er vor sich hat, und weiß somit, was damit zu tun ist. 

Einsatzszenario 2: Maschinen bestücken und starten 

Roboter können auch das Bestücken und Starten von Maschinen selbstständig übernehmen. So kann beispielsweise eine CNC-Maschine in einer Tischlerei, Schreinerei, im Metallbau oder Feinwerk durch einen Roboter be- und entladen werden. Ein Vorteil hierbei ist, dass Arbeitskraft und vor allem Zeit eingespart werden und ein kollaborativer Roboter genau die Schritte übernimmt, die ein Mensch ausführen würde. 

Den Roboter erreicht dabei von der CNC-Maschine ein Signal, dass das Werkstück fertiggestellt ist. Der Roboter öffnet daraufhin die CNC-Tür, entnimmt das fertige Werkstück, legt es ab und spannt ein neues Bauteil in die Maschine ein. Nach dem Schließen der Tür betätigt der Roboter den Startknopf der CNC-Maschine und wartet, bis das nächste Werkstück fertig ist. 

Einsatzszenario 3: aufwendige oder ermüdende Aufgaben automatisieren 

Roboter bieten sich bei Aufgaben an, die entweder sehr aufwendig oder auf Dauer sehr ermüdend sind. 

Ein Beispiel für aufwendige Aufgaben ist das Fräsen mehrdimensionaler Strukturen im Modellbau. Ein Roboter kann ein Werkstück von allen Seiten bearbeiten, beispielsweise mit einem Bohraufsatz. 

Auch bei einfachen Aufgaben, die auf Dauer ermüdend sind, können Roboter Abhilfe schaffen. Roboter können z. B. Holzplatten abschleifen und polieren oder bei der Pralinenherstellung unterstützen, indem sie Schokolade zum Aushärten in Formen gießen oder mit weiteren Zutaten befüllen. 

Einsatzszenario 4: Baustellendokumentation 

Autonome Fahrzeuge oder tierische Roboter können wichtige Aufgaben in der Baustellendokumentation übernehmen. 

Aktuell werden z. B. auf Bauprojekten hundeähnliche Roboter eingesetzt, die sich autonom über die Baustelle bewegen und an Referenzpunkten Fotos aufnehmen. Die Fotos werden automatisch an die Baustellenleitung übermittelt. So können Baustellen aus der Ferne überwacht oder Informationen für Entscheidungen eingeholt werden, ohne dass man selbst zur Baustelle fahren muss. Manche Roboter erreichen dank ihrer Bauform auch Orte auf der Baustelle, die für Menschen unzugänglich oder 
gefährlich sind. Im Bedarfsfall ist es möglich, den Roboter auch aus der Ferne zu steuern. Roboter können für Baustellen auch angemietet werden. 

Einsatzszenario 5: körperliche Entlastung durch Exoskelette 

Im Arbeitsalltag fallen öfters Tätigkeiten an, die nicht gesund für den menschlichen Körper sind. Beispiele sind das Heben von schweren Objekten oder das Arbeiten über Kopf. Eine Dauerbelastung führt in diesen Fällen langfristig zu gesundheitlichen Problemen. 

Viele dieser Arbeiten kommen nicht für eine vollständige Automatisierung durch einen Roboter infrage. Abhilfe schaffen (aktive) Exoskelette. Exoskelette verteilen die einwirkenden Kräfte auf den gesamten Körper, wodurch die Belastung einzelner Körperteile abnimmt. So werden Verletzungen und krankheitsbedingte Ausfälle vermieden.

Strategie zur Umsetzung

Handwerksbetriebe aus vielen Gewerken können heute schon von Robotern profitieren. Die Chancen stehen gut, dass Ihr Betrieb dabei keine Ausnahme bildet. Gehen Sie in drei Schritten vor, um herauszufinden, ob sich Roboter für Sie lohnen. 

Schritt 1: Anwendungsfälle identifizieren 

Stellen Sie sich folgende Fragen: 

• Welche regelmäßigen Arbeitsschritte fallen an, die automatisiert werden können? 

• Welche Aufgaben bergen für Mitarbeitende ein hohes Verletzungsrisiko? Welche davon können automatisiert werden? 

• Welche Aufgaben, wie z. B. das lange Arbeiten über Kopf, sind körperlich stark belastend und führen zu vielen Krankheitsausfällen? Können Exoskelette Abhilfe schaffen? 

• Bei welchen Produkten würde es sich lohnen, sie in großer Stückzahl herzustellen? Bei welchen dieser Produkte könnte die Herstellung mithilfe von Robotern (teil-)automatisiert werden? 

• Bei welchen Produkten lohnt sich eine Fertigung, wenn kein Personal benötigt wird? 

• Mit welchen Problemen und Herausforderungen kämpft mein Betrieb aktuell? Bei welchen dieser Probleme können Roboter helfen? 

• Welche neuen Geschäftsmodelle kann ich mithilfe von Robotern in meinem Betrieb umsetzen? 

• Welche aktuellen Kundenwünsche kann ich mithilfe von Robotern (besser) erfüllen? 

Am Ende sollten Sie einen oder mehrere konkrete Anwendungsfälle identifiziert haben, bei denen Roboter Sie unterstützen können. Das kann z. B. die Entlastung beim Arbeiten über Kopf durch ein Exoskelett sein. Oder die Automatisierung eines Arbeitsschritts wie des Polierens von ebenen Holz-Oberflächen. 

Schritt 2: Demonstrationen bei Roboter-Herstellern anfragen 

Nun bitten Sie einen oder mehrere Roboter-Hersteller, zu demonstrieren, wie sie den identifizierten Anwendungsfall mit ihren Robotern umsetzen können. Bei diesem Testlauf besprechen Sie gemeinsam mit dem Hersteller, welcher Roboter-Typ infrage kommt, z. B. aktives vs. passives Exoskelett oder Cobot vs. Portalroboter. 

Sie besprechen außerdem Einzelheiten und besondere Anforderungen, die für Sie wichtig sind. So stellen Sie sicher, dass Sie aus der Investition in einen Roboter maximalen Nutzen ziehen. 

Einen ersten Anhaltspunkt für die Kosten eines Roboters bieten übrigens auch Plattformen und Marktplätze für Roboter wie unchainedrobotics.de und rbtx.com. Zusätzlich zum reinen Kaufpreis des Roboters können aber immer auch zusätzliche Integrationskosten anfallen. 

Schritt 3: Fördermöglichkeiten prüfen 

Wenn Sie in neue Technologien investieren wollen, bieten Bund und Länder aktuell vielfältige Förderprogramme, die Sie nutzen sollten. So lassen sich die Kosten für die Anschaffung eines Roboters teils drastisch reduzieren. Informieren Sie sich hierzu bei den Kammern und Verbänden des Handwerks. Eine erste Übersicht bietet auch unsere Themenseite „Förderung“.

Wie sieht die Zukunft von Robotern im Handwerk aus?

Der Wunsch von Fachkräften nach abwechslungsreichen Tätigkeiten, der voranschreitende Fachkräftemangel, das Ziel von Effizienzsteigerungen und ein stärkerer Fokus auf Gesundheitsschutz und Prävention werden der Robotik in den kommenden Jahren auch im Handwerk zum Durchbruch verhelfen. 

Neue Innovationen innerhalb der Robotik führen zu neuen Anwendungsfällen und Roboter können immer passgenauer in Betrieben eingesetzt werden. 

Kollaborative Roboter arbeiten Hand in Hand mit Menschen zusammen und benötigen dabei immer weniger Platz, da sie auch auf sehr engem Raum vorsichtig und sicher agieren. 

Künstliche Intelligenz vereinfacht und beschleunigt das Anlernen von Robotern. Auch wenn im laufenden Betrieb neue Aufgaben hinzukommen, sind Roboter in der Lage, diese schneller zu erlernen und fehlerfrei umzusetzen. Robotische Arbeitseinheiten übernehmen auch komplexe Aufgaben. 

Das „Internet of Robotic Things“ vernetzt Roboter miteinander, damit sie voneinander lernen können. 

Die exakte digitale Vermessung von Innenräumen macht Roboter mobil und ermöglicht ihnen, Arbeitsschritte an verschiedenen Standorten umzusetzen. 

Augmented-Reality-Anwendungen ermöglichen die kontaktlose Kommunikation und Programmierung von Robotern. 

Weiterführende Links 

• Online-Sammlung zum Thema Cobots im Handwerk 

• Informationen zu Förderprogrammen für neue Technologien im Handwerk  

• Themenheft zu Einsatzfeldern in der Robotik (Mittelstand 4.0 Kompetenzzentrum Chemnitz) 

• Praxisleitfaden für Leichtbauroboter in der Produktion (Mittelstand 4.0 Kompetenz- 
  zentrum Augsburg) 

• Erklärvideo Exoskelette am Arbeitsplatz (Technische Universität Chemnitz) 
• Video zum Einsatz von Drohnen im Handwerk