Maßgeschneiderte MRK-Anwendungen und Exoskelette für die Industrie

Vom kollaborativen Roboter zum Exoskelett

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Ob Mensch-Roboter-Kollaboration oder Exoskelett: Die Wissenschaftler des Fraunhofer IPA erforschen verschiedene Wege, um die Mitarbeiter in der Produktion zu entlasten.

Wo Mensch und Roboter zusammenarbeiten, können beide ihre Stärken ausspielen: Die Fähigkeit des Menschen, auf unvorhergesehene Situationen zu reagieren, und die Ausdauer eines Roboters. „Dennoch findet MRK bislang kaum Anwendung“, sagt Susanne Oberer-Treitz vom Fraunhofer IPA. Der Grund: Die Interaktion von Mensch und Maschine erfordert eine Reihe von Schutzmaßnahmen – und die vermindern oft die Wirtschaftlichkeit. Zumal auch die Taktzeit leidet. „Generell gilt: Je enger die Kollaboration, desto geringer fallen die Taktzeiten aus“, so die Ingenieurin.

Zwei Konzepte für sichere MRK-Arbeitsplätze gibt es derzeit: Sollen Mensch und Roboter ständig zusammenarbeiten, operiert der Roboter dauerhaft mit verminderter Geschwindigkeit und begrenzter Kraft. Eine zusätzliche Arbeitsraumüberwachung ist dann nicht nötig. Diese ist aber sinnvoll, wenn die Kooperation nur zeitweise erfolgt. Lichtschranken oder Laserscanner überwachen die Zelle und drosseln die Roboterbewegungen, sobald sich ein Mensch nähert. „Dabei müssen Sicherheitsabstände eingehalten werden, denn es gibt gewisse Erkennungs- und Nachlaufzeiten“, warnt Oberer-Treitz.

MRK rechnet sich, wenn sie Fertigungsqualität oder Ergonomie erhöht. Oberer-Treitz und ihre Kollegen beraten Unternehmer, die MRK anwenden wollen. „Wir schauen uns die Gegebenheiten vor Ort an, prüfen, welche Aufgaben die Roboter ausführen und wie eng Mensch und Maschine zusammenarbeiten sollen und schlagen dann das wirtschaftlichste Sicherheitskonzept vor.“

Daneben erweitern die Forscher kontinuierlich ihren Baukasten für kollaborative Komponenten. So sichern sie eine MRK-Schraubanwendung mit einer aktiven Entkopplungseinheit ab: Sobald eine Hand zwischen Werkzeugspitze und Werkstück gelangt, schaltet ein geregelter Druckzylinder das System schlaff.

Doch nicht nur der MRK-Roboter kann Mitarbeiter entlasten und unterstützen: In einer Produktion mit kleinen Stückzahlen und großer Variabilität, räumlicher Beschränkung oder bei hohen taktilen Anforderungen könnten in ein paar Jahren Exoskelette zum Einsatz kommen. Die am Körper getragenen Stützstrukturen sollen den Mitarbeiter zum Beispiel bei den letzten Handgriffen der Unterbodenverkleidung in der Automontage mit zusätzlicher Kraft versorgen.

Gerade bei Überkopfarbeit und Hebetätigkeiten sieht der IPA-Wissenschaftler Marius Fabian Anwendungsbereiche für Exoskelette. „Bei der Hebetätigkeit geht es meistens darum, etwas in der Höhe zwischen Hüfte und Schulter etwa von einem Tisch auf den anderen oder im Werk von einem Band auf ein fahrendes Transportsystem zu stellen. Und da sehen wir die Möglichkeit mit Exoskeletten in einem Gewichtsbereich von 7 bis momentan 15 Kilo, maximal bis 20 Kilo zu unterstützen.“

Dabei zielen die Forscher auf ein aktives System: „Wir wollen nicht nur Überkopfarbeit stützen. Unser Prototyp soll eine bedarfsgerechte Drehmomentunterstützung bis maximal 20 Kilo gewährleisten“, verrät der Gruppenleiter für Antriebssysteme und Exoskelette. Geschätzter Kostenpunkt bei Serienreife: 20 000 bis 40 000 Euro.

Doch so weit ist es noch nicht. „Für uns ist es entscheidend, dass wir mit unserem Prototyp die Gesamtfunktion aufzeigen. Optimierung und Abstimmung auf den Anwendungsfall übernimmt dann die Industrie. Wir sehen aktive Exoskelette in zwei bis fünf Jahren auf dem Markt“, resümiert Fabian.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

www.ipa.fraunhofer.de


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