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24.04.2013, 10:15 Uhr | 0 |

Bislang zu gefährlich Mensch und Industrieroboter sollen Hand in Hand arbeiten

Obwohl Roboter seit über 40 Jahren an der Seite von Menschen in der Industrie arbeiten, sind sie kaum in deren Arbeitsabläufe integriert. Nun sollen die Roboter lernen, den Menschen als Kollegen wahrzunehmen. Dann könnten Mensch und Maschine mit- statt nebeneinander arbeiten.

Industrieroboter von Kuka
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Metallene Kollegen: Der mobile Roboter von Kuka prüft die Oberfläche eines Rotorblattes in der Halle für "Mobile Roboter und Autonome Systeme" der Hannover Messe 2013, während ein Laserscanner das Rangierfeld überwacht.

Foto: Martin Ciupek

Automatisierte Fabrikhallen sehen aus wie Wildtiergehege. Hinter hohen Gittern schwingen Roboter Teile von A nach B, verschweißen sie, heben sie zum nächsten Roboter. Die Menschen bewegen sich in den offenen Bereichen um die Roboterfelder herum. Betritt ein Mensch den eingezäunten Bereich, erstarren die Maschinen zu Metallsäulen. Mensch und Maschine können bisher nur getrennt voneinander arbeiten. Eine interagierende Arbeitsteilung, die eine Individualisierung der Prozessabläufe verspräche, ist bisher kaum möglich.

Auch eine mangelnde Mobilität schränkte bisher die potenziellen Einsatzbereiche von Industrierobotern ein. Nun hat der Automatisierungsspezialist Kuka auf der Hannover Messe erstmals einen Industrieroboter präsentiert, der auf einen fahrbaren Untersatz montiert ist. Das mobile Robotersystem soll selbständig große Bauteile bearbeiten. Dieses Aufgabengebiet konnten starre Automatisierungslösungen bisher nicht abdecken.

Fahrbarer Roboter bewegt sich auf engstem Raum

Der fahrbare Untersatz des Projekts "Kuka mobile industrial robot system" ist eine omnidirektional angetriebene Schwerlastplattform. Die Rollen ermöglichen es dem Gerät, auf engsten Flächen zu rangieren und dabei eine Traglast von bis zu 1 t aufzunehmen.

Für das Konzeptfahrzeug verwendete Kuka einen Standard-Industrieroboter, der durch handelsüblichen Bleibatterien mit Strom versorgt wird. Die Batterien werden im Chassis des Trägerfahrzeuges mitgeführt und sorgen für das nötige Gewicht, das den Roboter auch bei schwingenden Bewegungen des Aufsatzes auf dem Boden hält. Zudem garantieren sie durch kabellose Stromversorgung Mobilität für einen Dauerbetrieb von etwa acht Stunden.

Ebenso wie mobile Robotersysteme werden auch sensible Roboter entwickelt. Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) arbeiten z. B. an einer Technologie für die Mensch-Roboter-Interaktion. Das Sensorsystem, mit dem sie ihren Roboter umhüllen, ist dem menschlichen Tastsinn nachgebildet.

Die Idee ist nicht neu. MRK-Systeme, ein Augsburger Unternehmen für Automatisierungslösungen, arbeitet ebenfalls an fühlenden Industrierobotern. In deren Schaumstoffhüllen hat MRK-Systeme taktile Sensorleisten eingebaut. "Im Gegensatz dazu", sagt Gunnar Strauß, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IFF, "forschen wir daran, dass die Sensoren erkennen, ob sich der Druck auf einen Punkt oder eine Fläche bezieht. Außerdem sollen sie die Intensität der Berührung messen." Die patentierte Technik arbeitet mit einem elektrischen Widerstand, der sich selbst bei der kleinsten Berührung messbar verändert.

"Entscheidend ist die Frage der Grenzwerte: Wie hart darf ein Roboter einen Menschen treffen?", sagt Peter Heiligensetzer, Geschäftsführer von MRK-Systeme. Er orientiert sich dabei an der Norm EN ISO 10218, die sicherheitstechnische Anforderungen für kollaborierende Roboter festschreibt. "Außerdem gibt es eine Handlungsrichtlinie des Instituts für Arbeitsschutz. Das ist zwar keine Norm, aber die Regelung einer offiziellen Zertifizierungsstelle, der DGUV Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung." Die Norm wird derzeit z. B. um biomechanische Grenzwerte erweitert. Eine erste Fassung soll aber frühestens nächstes Jahr veröffentlicht werden.

Nur kleine Roboter können mit Menschen zusammenarbeiten

Klar ist, dass die Technik auf kleine Roboter mit wenig Masse und einer geringen Arbeitsgeschwindigkeit begrenzt sein wird, wenn sie die Schutzzäune um den Roboter herum abbauen möchte. Ansonsten könne die Sicherheit der Arbeiter bei einer Kollision nicht gewährleistet werden, so Strauß.

Die Lösung könnte ein Hybridsystem sein, das fühlende, tastende und optische Sensoren sowohl am Roboter als auch in dessen Umfeld positioniert. Drucksensitive Sensoren übernehmen die Aufgabe der Hände. Wenn sie mit einem Menschen in Berührung kommen, signalisieren sie der Maschine zu stoppen oder ihre Bewegungsabläufe zu verlangsamen.

Die berührungsfreien Sensoren hingegen dienen den Robotern als Augen. Sie registrieren Menschen, die sich im Gefährdungsbereich um den Roboter herum befinden. In Produktionshallen wären sie in vielen Fällen unverzichtbar. Industrieroboter verwenden in ihren Arbeitsabläufen Werkzeuge, wuchten Teile oder nutzen Leime. Wenn der Arbeiter sich diesen nicht fühlenden Gegenständen nähert, kann nur ein "Auge" oder kapazitive Sensoren die Kollision verhindern.

Laserscanner erkennt Hindernisse – auch Menschen

Kuka stattet seinen mobilen Roboter mit einem Laserscanner aus. Solche Scanner erkennen Hindernisse, auf die ihr Trägersystem zusteuert. Je nach technischer Ausgestaltung senden sie ein entsprechendes Signal und verhindern damit eine Kollision. Kreuzt ein Mensch den Arbeitsbereich des mobilen Systems, signalisiert der Scanner dem Roboter entweder anzuhalten oder das Hindernis zu umfahren.

Wichtig ist, den beweglichen Roboter an sein jeweiliges Einsatzgebiet anzupassen. Arbeiten dort viele Menschen, ist eine größere Schutzfeldreichweite nötig als in einem starren Umfeld.

Im Einzelfall muss der Arbeitgeber bei jeder Anwendung zwischen der Schnelligkeit des Roboters als Produktivitätsmerkmal und dem Schutz seiner Arbeiter abwägen. Heiligensetzer nennt das den "Preis der Kollaboration". "Vielleicht ist die Kooperation von Mensch und Roboter eine Nische, die nur in 10 % der Anwendungen sinnvoll ist, aber eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von Robotern in der industriellen Produktion darstellt", sagt er.

In den übrigen Bereichen können Mensch und Roboter zwar an demselben Produkt arbeiten, aber ihre Arbeitsbereiche werden weiterhin durch Zäune voneinander abgeriegelt sein.

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Von Lisa Schneider | Präsentiert von VDI Logo
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