Ob beim Palettieren von Paketen, beim Schweißen von Bauteilen oder bei der Beschickung von CNC-Maschinen: Kollaborierende Leichtbauroboter unterstützen bereits heute an unterschiedlichsten Stellen im Fertigungsprozess. Kostengünstig, leicht zu programmieren und flexibel werden die sogenannten Cobots (zusammengesetzt aus "Collaborative Robots") in Zukunft zum Standardinventar vieler Fertigungsbetriebe gehören.

Diese Entwicklung ist vor allem für jene bedeutsam, die noch am Anfang ihres Berufslebens stehen – oder kurz davor: Studierende, Auszubildende oder Schülerinnen und Schüler, deren Berufswahl sie in den Fertigungsbereich führen wird, z.B. als Mechatronikerin, Elektrotechniker oder Anlagenmechanikerin. Sie werden in Zukunft wohl am meisten mit kollaborierenden Leichtbaurobotern zusammenarbeiten.

Automatisierte Fertigung: Vorbereitung im Unterricht

Dem berufsvorbereitenden Unterricht fällt daher die Rolle zu, den Nachwuchs entsprechend vorzubereiten. Berührungsängste mit den Robotern entstehen so gar nicht erst. Doch selten handelt es sich bei den Lehrkräften selbst um Automatisierungsexperten, die einen passenden Unterrichtsentwurf einfach mal so aus dem Ärmel schütteln. Der dänische Cobot-Hersteller Universal Robots (UR) hat daher ein Paket an didaktischen Maßnahmen und Instrumenten geschnürt, das Berufsschullehrerinnen und -lehrern hilft, kollaborative Robotik in ihren Unterricht einzubinden.

Es ist Teil eines modularen Schulungskonzepts, das UR entwickelt hat, um Anwendern den Umgang mit kollaborierenden Robotern zu erleichtern. Verglichen mit klassischen Industrierobotern sind Cobots ohnehin sehr einfach zu bedienen. Da ihre Einsatzmöglichkeiten allerdings äußerst vielfältig sind, verhelfen entsprechende Schulungen den Anwendern zu einem besseren Überblick. So können sie das Potenzial der Cobots voll ausschöpfen.

Online Academy: eLearning legt die Basis

Grundlage des Schulungskonzeptes ist die UR Online Academy. Diese kostenlose eLearning-Plattform bildet auch für Lernende an Berufsschulen einen guten Einstieg ins Thema. Schließlich hat nicht jede Schule die Ressourcen, um jedem Schüler einen Roboter bereitzustellen. Über einen Computerraum verfügen hingegen die meisten.

Mithilfe der 13 Module der UR Online Academy können Lehrende ihren Schülern ganz einfach grundlegende Programmierkenntnisse vermitteln. Interaktive Simulationen bringen den Schülern anhand von Praxisbeispielen näher, wie sie z.B.

• einen Endeffektor konfigurieren,
• Förderbänder steuern
• oder ein Werkzeug einrichten – auch ohne dabei auf einen physischen Cobot zuzugreifen.

Zudem eignet sich das Online-Angebot, um die im Unterricht behandelten Inhalte noch einmal zuhause zu wiederholen, was den Lerneffekt vergrößert. Lehrkräfte, für die das Thema neu ist, können sich hier ebenfalls Grundkenntnisse aneignen.

Offline-Simulator: Programmieren wie in echt

Für erfolgreiches Lernen ist eine Mischung aus Theorie und Praxis unerlässlich. Nach dem theoretischen Input gilt es für die Lernenden im nächsten Schritt daher, selbst aktiv zu werden. Dies geht beispielsweise mit Tools wie dem Offline-Simulator. Dabei handelt es sich um eine kostenlose Software-Anwendung, die auf der UR-Support-Website zum Download bereitsteht. Sie lässt sich auf den Rechnern der Lernenden installieren, die darin die reale Programmieroberfläche eines UR-Roboters vorfinden. Auf ihren PCs können die Schüler dann einen Roboterarm programmieren.

In der UR Online Academy haben die Schüler z.B. schon gelernt, eine Pick-and-Place-Anwendung mit zwei Förderbändern zu programmieren. Das eine davon liefert eine Box, das andere ein Werkstück an. Im Offline-Simulator stellen die Lernenden nun die Wegpunkte des Roboters so ein, dass dieser das Werkstück von Förderband A aufnimmt, eine halbe Drehung vollzieht und es in die Box auf Förderband B legt.

Im Anschluss an die Aufgabe können die Schüler das Programm über die virtuelle Robotersimulation ablaufen lassen. Ist eine reale Roboterzelle vorhanden, kann die Lehrkraft es auf diese überspielen und testen – der Roboterarm führt dann die einprogrammierte Bewegung aus. Auf diese Weise wird der Übungserfolg direkt sichtbar, was die Schüler zusätzlich motiviert.

Lernstationen: Hand in Hand mit dem Roboter

Ein weiterer Vorteil der praktischen Anwendung von neuem Wissen ist, dass Menschen sich Dinge in der Regel besser merken können, wenn sie sie selbst einmal gemacht haben. Um diese Erkenntnis auch im Sinne der Cobot-Programmierung zu nutzen, gibt es mittlerweile Hardware-Lernstationen, mit denen sich Applikationen am echten Roboterarm im Klassenzimmer üben lassen. Dabei bauen sie eins zu eins auf der UR Online Academy auf.

Auf diesen kompakten Übungszellen (weniger als 1m² Grundfläche) sind jeweils ein Roboterarm sowie zwei Förderbänder montiert. Über einen I/O-Simulator lassen sich digitale Ein- und Ausgänge sowie Sicherheitseingänge simulieren.

In der Anfertigung von UR verfügen die Lernstationen zudem über einen Rahmen, der sich flexibel mit Übungsplatten bestücken lässt. Schüler können damit z.B. Palettieren, Kleben oder Maschinenbeschickung üben. Idealerweise arbeiten zwei Schüler in Partnerarbeit an einer Lernstation, sodass beide zum Zuge kommen und die Aufgaben gemeinsam lösen.

Die Übungen an den Lernstationen kommen dem Roboter-Einsatz in der Fertigungsumgebung am nächsten und ermöglichen so den größten Lernerfolg.

Materialien für Schüler und Lehrer

Doch selbst die besten Lerninstrumente nutzen nur dann etwas, wenn sie didaktisch gut begleitet werden. Daher hat Universal Robots einen Guide entwickelt, der Lehrkräften diesbezüglich praktische Tipps an die Hand gibt.

Der Lehrer Guide erklärt beispielsweise,

• wie sich Lehrer auf einen Roboter aufschalten können, um den Bildschirm ihrer Schüler zu sehen.
• wie sich die Ansicht des Bedienpanels auf einen Bildschirm übertragen lässt, sodass die Schüler nachvollziehen können, wie die Lehrkraft vorgeht.
• wie sich die verschiedenen Hardware-Elemente räumlich gut in das Klassenzimmer integrieren lassen.

Dem Lehrer Guide steht ein Workbook für Schüler gegenüber, das mit seinen praxisorientierten Aufgaben auf der UR Online Academy aufbaut. Die Schüler können die Aufgaben sowohl mithilfe des Offline-Simulators als auch an den realen Schulungszellen lösen und an diesen testen. Zusätzliche Handouts erklären einzelne Themen erneut im Detail. So verzahnen die schriftlichen Materialien Theorie und Praxis nachhaltig und unterstützen die Schüler beim Lernen.

Sicheres Lernumfeld

Cobots dürfen nach erfolgreicher Risikobeurteilung direkt neben dem Menschen arbeiten. So lassen sie sich auch im Klassenzimmer gefahrlos einsetzen. Dadurch kann sich der Unterricht ganz auf ihre Programmierung und Steuerung konzentrieren.

Grenzwerte und Parameter lassen sich vorab passwortgeschützt in den Sicherheitseinstellungen des Roboters festlegen, sodass Schüler hier nichts verändern können. Zudem kann die Lehrkraft einen absoluten Grenzbereich definieren, in den der Roboter sich nicht bewegen darf. Tut er es dennoch, stoppt der Roboterarm automatisch, sodass Zusammenstöße mit Schülern vermieden werden.

Voraussetzungen: Lernbereitschaft und Neugier

Generell gilt: Jeder kann einen Cobot programmieren. Auch Lehrkräfte, die keine Vorkenntnisse haben, lernen dies schnell. Die UR Online Academy ist auch für sie eine gute erste Anlaufstelle, um in die Thematik hineinzufinden.