Kollaborative Roboterapplikationen

Wenn man von der industriellen Revolution spricht, dann hat man hierbei oft nur den Schritt von der einfachen Fertigung zur Fließbandfertigung imKopf. Dieser Schritt war aber in der Geschichte der industriellen Fertigung nicht der einzige bahnbrechende Umbruch. Schon vor dem Schritt zur Fließbandfertigung hatten Dampfmaschinen Ende des 18. Jahrhunderts die Fabriken und Produktionshallen mit neuen Möglichkeiten auf die nächste Stufe der Fertigung gehoben.Wenn wir den heute oft verwendeten Begriff der Industrie 4.0 als Referenzpunkt nehmen, so war dies dann der Schritt zur Industrie 1.0.

Wie bereits in Abschnitt 1.2.3 angedeutet, entscheidet oft die richtige Kombination der Aufgabe und des Roboters, welcher auch für diese Aufgabe geeignet ist, über Erfolg oder Misserfolg einer Applikation. Schon in der Planungsphase sollteman sich damit befassen, welcher Roboter denn nun der geeignete für die jeweilige Aufgabe ist und mit welchem Roboter die geplante Applikation auf keinen Fall umgesetzte werden kann.

Ein Thema, mit welchem man sich bereits VOR der Planung und Integration einer kollaborierenden, aber auch einer traditionellen Roboteranwendung beschäftigen sollte, ist die Normenlage. Hier ist immer öfter eine großeWissenslücke bei Integratoren und Anwendern vorhanden, was auch sehr stark an der Vereinfachung der Programmierung liegt, die es mittlerweile fast jedem ermöglicht, einen Roboter im Rahmen einer Automatisierungslösung einzusetzen. Dieses Buch kann hoffentlich ein wenig dazu beitragen, etwas Licht ins Dunkel zu bringen, und hilft dem ein oder anderen Anwender und/oder Integrator Roboter so einzusetzen, wie es die jeweilige Normvorsieht bzw. dass die Applikation auch dementsprechend sicher ist und keine Gefahr für den Anwender besteht.

Wie bereits in Abschnitt 1.2 beschrieben, definiert die EN ISO 10218-1 /-2 vier Arten der Kollaboration. Eine dieser Kollaborationsarten ist der sogenannte sichere überwachte Halt. Diese Kollaborationsart ist wohl die Variante, bei der sich sehr viele Experten uneinig sind, obman hier überhaupt von Kollaboration zwischenMensch undMaschine sprechen kann, da dieDefinition von Kollaboration eigentlich ist, dass Personen oder Teams parallel gemeinsam an einemTeil des Endergebnisses arbeiten.Die Kollaborationsart „sicherer überwachter Halt“ (engl.: safety rated monitored stop) erfüllt diese Definition erst einmal nicht, da hier nicht parallel sondern eher sequentiell zusammengearbeitet wird.

Im Kapitel 4 wurde bereits deutlich, dass der Anhalteweg eines Roboters unter anderem abhängig von seiner Geschwindigkeit ist. Natürlich ist der Anhalteweg noch von anderen Faktoren, wie z.B. dem Bremsverhalten und der Masse des Roboters, abhängig. Jedoch ist die Geschwindigkeit eine variable Größe, die sich direkt auf die Anhaltezeit und den Anhalteweg des Roboters auswirkt.Das in Kapitel 4 beschriebene Konzept des sicheren überwachten Halts arbeitet nach dem Prinzip ganz oder gar nicht, also entweder befindet sich keine Person im Arbeitsbereich des Roboters, wodurch sich dieser daher uneingeschränkt bewegen kann, oder eine Person ist in den Arbeitsbereich eingetreten und der Roboter wird daher in den Stillstand gezwungen.

Neben dem im Kapitel 4 beschriebenen sicheren Halt ist wohl die ammeisten verbreitete Kollaborationsart die sogenannte Kraft- und Leistungsbegrenzung, bei der es darum geht, zwar einen Kontakt zwischenMensch und sich bewegendem Roboter zu erlauben, aber bei diesem Kontakt kräftemäßig innerhalb definierter Grenzen zu bleiben. Zwar ist die Kraftund Leistungsbegrenzung sicherlich die bekannteste Kollaborationsart, aber sie ist mit Sicherheit auch die, bei der es am meisten zu beachten gilt und bei der in der Anwendung oft die meisten Fehler gemachtwerden.Umso wichtiger ist es, dass Sie sich mit dem Erwerb und dem Lesen dieses Buches dazu entschlossen haben die bestehenden Lücken zu schließen und auch solche Applikationen in Zukunft sicher bewerten und umsetzen zu können.

Diese Art der Kollaboration ist keine Erfindung der letzten Jahre. Sie ist eher der Urgedanke, dass der Kollege Roboter ein wahrer Assistent des Menschen wird. Der Mensch behält die Kontrolle und der Roboter führt die Arbeit aus.Wichtig ist, dass der Roboter von dem Menschen geführt wird. Zusammen werden sie zu intelligenten Hebezeugen.

Dieses Kapitel zeigt Beispiele aus der Praxis der letzten Jahre. Für ein besseres Verständnis kann es sein, dass Eigenschaften oder Umsetzungen aus verschiedenen Anwendungen eines Typs in einem Beispiel beschrieben werden. Auch werden die Beispiele nicht lückenlos als Sicherheitskonzept beschrieben, da das Hauptaugenmerk den Besonderheiten oder den Risiken bei den Anwendungen gilt. In diesem Buch sollen nur die verschiedenen Möglichkeiten aufgezeigt werden, welche gemäß der Risikobeurteilung für eben jene Anwendungen als Risikominderung entweder einzeln oder in Kombination mit weiteren, eventuell nicht genannten Minderungen zum Einsatz gekommen sind. Dies sind keine allgemeingültigen Konzepte. Jede Applikation unterscheidet sich in der Eintrittswahrscheinlichkeit der Gefährdungen, in der Umgebung sowie weiteren Grenzen derMaschine. Eine Risikobeurteilung speziell für Ihre Anwendung ist daher unausweichlich und außerdem gesetzlich vorgeschrieben.

Vielleicht fragen Sie sich gerade, was denn der Zustimmtastermit dem Thema kollaborative Roboter zu tun hat und warum es hier eine eigenes Kapitel über dieses Thema gibt. Die Antwort auf die Frage, warum es hier ein eigenes Kapitel über den Zustimmtaster gibt, ist recht einfach!Weil es zwingend notwendig ist!

Die technischen Möglichkeiten, den Umgang zwischenMensch und Industrieroboter sicher zu gestalten, sind heutzutage sehr vielfältig. Schon beim 5. Workshop für OTS-Systeme in der Robotik am Fraunhofer IPA im Jahr 2009 wurde von Frau Oberer-Treitz [4] eine Klassifizierung anhand der Maßnahmen der Sicherheit gewählt, welche anschaulich die einzelnen Stufen von Sicherheitssystemen darlegt. Frau Oberer-Treitz ordnet die Sicherheit ausgehend von der höchsten Stufe hin zur geringsten. Folgende Stufen werden betrachtet: passive Sicherheit, aktive Sicherheit und die Möglichkeit der Leistungsüberwachung als letzte direkte Stufe.

Läuft man über eine Messe oder hört in manche Vorträge hinein, so bekommt man den Eindruck, als würden wir erst am Anfang einer Robotik-Evolution stehen und in den nächsten Jahren hier noch sehr viel passieren wird. Nicht zuletzt seitdem sich Größen wie Teslas Elon Musk mit seinem angekündigten Tesla-Bot oder Google in den Robotik-Markt mit eingeklinkt haben. Oder Jeff Bezos als Amazon-Gründer die Aussage getätigt hat, dass in zehn Jahren in jedem Haushalt ein Roboter stehen würde. All dies weckt natürlich sehr große Erwartungen an einenMarkt, der in den letzten Jahren bereits sehr stark gewachsen ist. Aber sind Einschätzungen wie die von Jeff Bezos tatsächlich realistisch?

Nachdem Sie nun alle vorherigen Kapitel gelesen haben, hat sich der Schleier umkollaborierende Roboterapplikationen, biomechanische Grenzwerte, die ISO TS 15066, Risikobeurteilungen, CE-Konformität und vieles mehr hoffentlich etwas gehoben und Sie haben nun einen besseren Überblick über dieses doch sehr komplexe und oft nicht ganz einfache Thema.

EN ISO 10218-1 Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen Teil 1: Roboter 2011

EN ISO 10218-2 Industrieroboter – Sicherheitsanforderungen Teil 2: Robotersysteme und Integration 2011