Servicerobotik Modulare Sicherheit für mobile Roboter

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Pilz GmbH & Co. KG

FAULHABER Antriebssysteme

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Frei navigierende mobile Plattformen (AMR) benötigen komplexere Sicherheitslösungen als Fahrerlose Transportsysteme (FTS). Pilz bietet einen modularen Baukasten, der alle Anwendungen und sogar die Security berücksichtigt.

Traditionell sorgt die räumliche, statische Trennung zwischen Mensch und Maschine in Fabrikhallen für Sicherheit. In modernen Industrieumgebungen jedoch ersetzen flexible Produktionsprozesse die starren Produktionslinien. Hier wird der Einsatz von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) immer notwendiger – insbesondere, wenn sie als frei navigierende mobile Plattformen (Autonomous Mobile Robots, kurz AMR)zunehmend autonomer, flexibler und weniger abhängig von der festen Infrastruktur sind, in der sie betrieben werden. Gleichzeitig müssen sich auch die Sicherheitskonzepte ändern, damit dort, wo sich die Arbeitsräume von Mensch und Maschine kreuzen, keine Unfälle passieren und Waren reibungslos ohne Stillstandzeiten fließen. Doch wie lassen sich Produktivität und Sicherheit bestmöglich vereinen?

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Einfache FTS folgen auf ihrem Weg Markierungen im Boden, beispielsweise von einer Maschine zum Warenlager. Gibt es auf dieser Spur Hindernisse, wie etwa Paletten, müssen die FTS entsprechend ihrer Geschwindigkeit definierte Warn- und Sicherheitszonen einhalten, die sich zum Beispiel nach der Geschwindigkeit richten. Dies bestimmt die ISO 3691-4 „Flurförderzeuge – Sicherheitstechnische Anforderungen und Verifizierung – Teil 4: Fahrerlose Flurförderzeuge und ihre Systeme“. Gerät ein Mensch oder ein Gegenstand in die Warnzone, dann verringert das FTF seine Geschwindigkeit oder warnt optisch und akustisch vor einer drohenden Kollision. Wird die Sicherheitszone verletzt, führt dies zum Stopp des Fahrerlosen Transportsystems.

Technische Umsetzung der Sicherheitsfunktionen

Für die technische Umsetzung der Sicherheitsfunktionen an den Fahrzeugen, wie etwa die Überwachung der Zonen, kommen Sicherheitssensoren und -steuerungen zum Einsatz. Sicherheitslaserscanner wie PSENscan von Pilz übernehmen eine solche Absicherung und damit im Vergleich zu Lösungen mit Lichtgittern eine barrierefreie, produktivere Flächenüberwachung für den Kollisionsschutz. Im Verbund mit einem Sicherheitsrelais kommt das FTF im Gefahrenfall sicher zum Halt.

Maschinensicherheit

Sieben neue Safety-Produkte

Sollen darüber hinaus noch weitere Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt abgedeckt werden, bietet sich eine flexiblere Produktlösung an, wie beispielsweise mit dem modularen Sicherheitsrelais myPNOZ. Anwender können sich aus vielen Variationsmöglichkeiten eine bedarfsgerechte individuelle Sicherheitslösung zusammenstellen. Diese lässt sich bei einer zukünftigen Erweiterung der Funktionen beliebig ergänzen und bietet damit viel Flexibilität beim Gestalten von mobilen Anwendungen.

AMR benötigen komplexere Funktionen

Frei navigierende mobile Plattformen (AMR) können Hindernisse oder Personen umfahren ohne zu stoppen. Die benötigten Sicherheitsfunktionen sind daher komplexer. Gerade für das Lenken um Kurven muss zwischen mehreren Schutzzonen umgeschaltet werden können – die Königsdisziplin der sicheren Automatisierung im mobilen Umfeld.

Sichere Sensorik wie etwa Sicherheitslaserscanner erfassen für die freie Navigation permanent die Umgebung. Die Navigationsdaten lassen sich beispielsweise direkt über UDP-Schnittstellen zum Roboterbetriebssystem oder zur Software-Bibliothek (wie der C++-Bibliothek oder ROS (Robot Operating System)) auslesen. Anwender können diese Daten für ihren eigenen SLAM-Algorithmus (Simultaneous Localisation and Mapping) nutzen. So lassen sich Umgebungskarten für die Navigation erstellen, dank derer die mobile Plattform Hindernissen ausweichen kann. Eine solche dynamische Schutzfeldanpassung lassen die bis zu 70 Schutzfelder des Sicherheitslaserscanners PSENscan zu: Bei hoher Geschwindigkeit sind diese Schutzzonen größer, um frühzeitig Hindernisse zu erkennen. Bei langsamen Geschwindigkeiten entsprechend kürzer, um möglichst keine Stillstände zu generieren. So bewegt sich das Fahrerlose Transportsystem effizient.

Der Sicherheitslaserscanner ist auch bei der sicheren Automatisierung von AMR nur eine Komponente einer Sicherheitslösung. Auch von der Sicherheitssteuerung verlangt die Komplexität der Schutzzonen mehr Parametriermöglichkeiten. Die konfigurierbare, modular aufgebaute Kleinsteuerung PNOZmulti 2 überwacht unter Einsatz von Motion Monitoring Modulen eine oder zwei Achsen (pro Modul).

Im Konfigurationstool PNOZmulti Configurator wird mittels Software-Bausteinen ein eigenständiges Modulprogramm parametriert. So ist das zuverlässige Anwählen der entsprechenden Zone des PSENscan mit nur einigen Klicks umsetzbar. Mit den Not-Halt-Tastern PITestop und den Muting-Lampen PITsign erhalten Anwender ein komplettes Lösungspaket für eine effiziente und sichere Überwachung mobiler Anwendungen.

Keine Safety ohne Industrial Security

Neben der Maschinensicherheit spielt auch die Industrial Security eine bedeutende Rolle in der Intralogistik. Die zunehmende Vernetzung erfordert zusätzlichen Schutz: AMR kommunizieren als frei navigierende FTF per Funk mit ihrer Leitsteuerung. Das macht sie für Datenzugriffe oder Manipulationen von außen angreifbar. Kartendaten könnten abgefragt, FTF und damit die laufende Produktion im schlimmsten Fall sogar still gesetzt werden. Eine Industrie-Firewall, wie etwa die SecurityBridge, schützt das Steuerungsnetzwerk vor Manipulation und sorgt dafür, dass während des Betriebs niemand unautorisiert auf das interne IT-Netzwerk der mobilen Plattform zugreifen kann.

Es gilt also jede mobile Anwendung individuell zu betrachten und je nach Anforderung das passende Sicherheitskonzept zu wählen. Flexible Lösungen tragen aber nicht nur zu mehr Safety und Security bei, sondern gewährleisten fließende und damit effiziente Abläufe in der Intralogistik.

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