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Die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter vereint das Beste aus beiden Welten: Mit MRK können Fertigungsunternehmen sowohl die Vorzüge der Automatisierung – hohe Geschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit – als auch die Stärken ihrer menschlichen Mitarbeitenden ausschöpfen: beispielsweise Erfahrung und Kreativität. Zudem können Roboter bei monotonen und körperlich anstrengenden Tätigkeiten entlasten.
Je nach Art der Interaktion zwischen Menschen und Roboter unterscheidet man verschiedene Grade der Zusammenarbeit. Aus diesen leiten sich die benötigten Sicherheitsvorkehrungen ab. Als Faustregel gilt: Je enger Mensch und Roboter zusammenarbeiten, desto geringer die zulässige Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters und desto höher die Anforderungen an das Safety Engineering, etwa die eingesetzten Sensoren zur Überwachung von Geschwindigkeit, Kraft und Abstand.
Die Sicherheitsanforderungen hängen nicht allein vom verwendeten Cobot ab, sondern auch von der jeweiligen Applikation. Das bedeutet: Das Gefährdungspotential durch verwendete Werkzeuge und Produkte (zum Beispiel scharfe Kanten oder Spitzen), die der Roboter handhabt, ist relevant für die ganzheitliche Sicherheitsbewertung.
Auf die erforderlichen Schutzmechanismen für eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration geht die Norm DIN EN ISO 10218–1 genau ein. Zusätzlich regelt die ISO TS 15066 den Robotereinsatz im Kollaborationsbetrieb.
Von Koexistenz zur Kollaboration
In der Zusammenarbeit von Mensch und Roboter unterscheidet man vier MRKStufen :
1. In der klassischen Roboterzelle ist der Industrieroboter durch Schutzzaun oder Einhausung vom Arbeitsbereich des Menschen abgegrenzt. Da so die Berührung zwischen Menschen und Roboter explizit ausgeschlossen wird, sind sehr hohe Roboterbewegungsgeschwindigkeiten möglich.
2. Auf der nächsten MRK-Stufe, der Koexistenz, fällt zwar der physische Schutzzaun weg, doch die Arbeitsbereiche von Menschen und Robotern bleiben weiterhin getrennt, etwa bei der Maschinenbestückung. Da ein Kontakt zwischen Menschen und Roboter nicht völlig auszuschließen ist, sind bei der Koexistenz zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen gefragt – beispielsweise durch Lichtvorhänge und Sicherheitsfunktionen in der Roboterprogrammierung.
3. Bei der Kooperation überschneiden sich die Arbeitsbereiche. Mensch und Roboter agieren jedoch sequenziell, führen ihre Handlungen an einem Objekt also nacheinander aus. Beispielsweise betritt der Mensch den Arbeitsraum des Roboters, um ein Werkstück abzulegen. Um Kontakte und damit Verletzungen zu vermeiden, wird der Arbeitsbereich etwa durch Bildverarbeitungssysteme oder Laserscanner überwacht, und der Roboter reduziert bei Annäherung des Menschen seine Geschwindigkeit bis zum sicheren Stillstand.
4. Erst bei der „echten“ Kollaboration bearbeiten Mensch und Roboter gleichzeitig dasselbe Teil. Damit hier eine versehentliche Berührung zwischen Menschen und Roboter nicht zum Schaden führt, ist es zwingend erforderlich, die Kraft pro Fläche (Druck) zu überwachen und gegebenenfalls zu beschränken. Dazu dienen beispielweise Roboter-Schutzhüllen mit integrierter Sensorik oder Kraft-Moment-Sensoren in den Antrieben des kollaborativen Roboters.
Stest der passende Cobot
Das Roboter-Portfolio von ABB unterschiedliche Anwendungsszenarien der MRK ab.
Die zum Swifti-Cobot erweiterten Industrieroboter IRB 1100 und IRB 1300 eignen sich für alle Aufgaben, bei denen die Performance (Geschwindigkeit 6,2 m/s; Traglast 11 kg) und Genauigkeit eines klassischen Industrieroboters in einer MRK-Anwendung benötigt wird. Dank integrierten Sicherheits-Laserscannern sowie der Sicherheitssoftware Safemove arbeiten die Swiftis auch ohne Schutzbarrieren sicher mit Menschen zusammen. Registriert der Laserscanner eine Person im Arbeitsbereich des Roboters, drosselt Safemove automatisch die Geschwindigkeit bis hin zum sicheren Stillstand.
Der sechsachsige Gofa stemmt Traglasten von bis zu 5 kg bei einer Reichweite von 950 mm und einer Geschwindigkeit von 2,2 m/s. Für die sichere Mensch-Roboter-Kollaboration sorgen hier integrierte Drehmomentsensoren in den Gelenken des Roboters. Detektieren die Sensoren einen Kontakt mit dem Menschen hält der Cobot automatisch an. Die intuitive Lead-Through-Programmierung im Zusammenspiel mit der Ease-of-Use Lösung Wizard Easy Programming von ABB erfordert keine Kenntnisse einer Roboterprogrammiersprache und senkt so die Einstiegshürden.
Bei präzisen Aufgaben wie der Schraubenmontage spielt der siebenachsige Yumi mit bis zu 0,5 kg Traglast seine Stärken aus. Yumi ist in einer Ein-Arm- oder Zwei-Arm-Version verfügbar.
Übrigens: Mit der Simulations- und Programmiersoftware Robotstudio von ABB können Anwender ihre individuelle Cobot-Applikation detailgenau simulieren und planen, inklusive Sicherheitsfunktionalitäten wie der Erstellung sichere Zonen mit Safemove.
ABB AG
Kriterien zur Cobot-Wahl
Zu den klassischen Einsatzszenarien von Cobots zählen das Kleben bei der Montage, das Verpacken und Palettieren sowie diverse Pick-and-Place-Aufgaben und vieles mehr. Für Polierarbeiten beispielsweise sind aber andere Spezifikationen gefragt als für die Montage von Kleinteilen. Bei der Wahl des passenden Cobots müssen daher die Eigenschaften des Roboters den konkreten Anforderungen der Applikation gegenübergestellt werden:
- Welche Taktgeschwindigkeit darf und muss der Roboter erreichen?
- Welche Reichweite soll der Roboter abdecken können?
- Wird der Roboter fest installiert oder muss er häufig seine Position verändern?
- Wie steht es um die Fehlertoleranz?
- Wie viel Platz steht zur Verfügung? Schließlich müssen ggf. auch Schutzbarrieren wie ein Roboterkäfig oder ein Schutzzaun einkalkuliert werden.
- Welche Traglast muss der Roboter stemmen?
- Welcher Freiheitsgrad ist gefragt?
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