Optimierte und anpassbare Sicherheitssteuerungen bilden die Basis für Ausbau kooperativer Arbeitssysteme

Kooperation Mensch-Roboter – der nächste Schritt in der Automatisierungstechnik

Die Zeiten, in denen Roboter hinter Schutzzäunen versteckt wurden, sind zwar noch nicht komplett vorbei; für eine zunehmende Anzahl von Anwendungen macht aber eine Kooperation zwischen Roboter und Mitarbeiter Sinn
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Die Zeiten, in denen Roboter hinter Schutzzäunen versteckt wurden, sind zwar noch nicht komplett vorbei; für eine zunehmende Anzahl von Anwendungen macht aber eine offene Kooperation zwischen Roboter und Mitarbeiter Sinn. Gerade dort, wo nach wie vor die sensorischen/motorischen Fähigkeiten des Menschen nicht zu ersetzen sind, aber unergonomische/monotone Bewegungen durch einen Roboter übernommen werden können, machen solche kooperativen Arbeitsplätze Sinn.

Mit dem Hype um neue Ausrichtungen in der Automatisierungstechnik, ausgelöst durch die „Industrie 4.0“-Präsentationen auf der Hannover Messe 2014, erlebt auch das Thema der kooperativen Systeme eine Renaissance. Sehr große Aufmerksamkeit erzielte das Unternehmen Dürr mit den auf der letzten Automatica-Messe präsentierten kooperativen Systemen. Dabei ist der Ansatz, Werker und Maschine enger zusammenrücken zu lassen, nicht neu.

Schon in den neunziger Jahren wurden zahlreiche Arbeiten zur Evaluierung voran getrieben. Grundkonzept ist immer die Notwendigkeit, die Kooperation für den Menschen absolut sicher zu gestalten. Das Unternehmen Schmersal lieferte für die sichere Bewegungsüberwachung Ende der neunziger Jahre gemeinsam mit einem führenden Roboter-Unternehmen einige Grundlagenentwicklungen, die – umgesetzt in einer abgesetzten Sicherheitssteuerung – heute weltweit zahlreiche sichere Roboteranwendungen ermöglicht.
Die abgesetzte Sicherheitssteuerung überwacht über ein „kartesisches Nocken-System“ die Bewegung der Maschine und prognostiziert diese für den weiteren Ablauf. Diese wird über ein Bus-System an die Steuerung kommuniziert, im Gefahrenfall aber auch direkt selbstständig abgeschaltet.
Die Bewegung des Menschen kann über intelligente Kamerasysteme überwacht werden. Diese beobachten und antizipieren die Bewegung des Mitarbeiters und können mit zunehmender Annäherung (über die Sicherheitssteuerung) zunächst die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters reduzieren oder komplett abschalten.
Eine alternative Möglichkeit zur optischen Kontrolle stellen kapazitive Sensoren am Roboter dar. Die Gefahr durch das Werkstück selber wird von verschiedenen Herstellern durch „Sollbruchstellen“ am Werkstückträger abgefangen.
Neben der sicheren Überwachung der Bewegungen von Mensch und Maschine sind für eine maximale Sicherheit die Einhaltung grundlegender Designrichtlinien am Roboter selbst (Vermeidung von Einklemmzonen sowie scharfen Rändern) wichtig. Insgesamt müssen die Systeme sowohl der Industrienorm für Roboter EN 10218-1 sowie der Norm für sicherheitsbezogene Teile für Steuerungen EN 13849-1 genügen.
Wissenschaftliche Weiterentwicklungen werden von zahlreichen Ins- tituten in Kooperation mit Unternehmungen durchgeführt. Führend in Europa ist das Fraunhofer IPA in Stuttgart. Neben der Sicherheitstechnik gehen zahlreiche Arbeiten des IPA auch auf die emotionale Wahrnehmung des Mitarbeiters ein. Hat der Mensch schon seit Beginn der Industrialisierung eine grundsätzliche „Konkurrenzangst“ vor der Maschine, so kommt bei der engen Kooperation auch die „Angst vor Verletzung“ hinzu. Da dieses Angstempfinden individuell sehr unterschiedlich ist, haben Mitarbeiter des IPA schon vor knapp zehn Jahren vorgeschlagen, über einen „Individual-Faktor“ eine Anpassungsmöglichkeit auf den jeweiligen Bediener zu ermöglichen.
Neuartige Kooperationskonzepte (z. B. auch IPA System Silia 2012) sehen eine Optimierung der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit durch aufgeteilte Arbeitsbereiche vor. Hier sucht sich der Roboter immer diejenigen Arbeiten, die in einem vom Mensch z. Zt. nicht genutzten Bereich ausgeführt werden können.
Sind für eine Umsetzung derartiger Konzepte zunächst die Handhabung schwerer Lasten (z. B. Türmontage in Automobilwerken) prädestiniert, so ist eine Umsetzung in der Serienfertigung auch für kleinere Komponenten sinnvoll. Gerade bei der Montage biegeschlaffer Werkstücke oder von Produkten mit einer sehr hohen Variantenvielfalt können sowohl Mensch wie auch Maschine ihre Stärken ausspielen. Optimierte und z. T. auf den konkreten Arbeitsbereich anpassbare Sicherheitssteuerungen, wie sie von Schmersal weiterentwickelt werden, bilden die Basis für den kontinuierlichen Ausbau kooperativer Arbeitssysteme.
Dr.-Ing. Andreas Hunscher K.A. Schmersal GmbH & Co. KG www.schmersal.com
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