Mensch-Roboter-Kollaboration Szenarien für die sichere Zusammenarbeit

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Am Institut für Arbeit und Gesundheit der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung wird zur sicheren Nutzung von Mensch-Roboter-Kollaborationen (MRK) qualifiziert. Die Anlage zur Demonstration von aktuellen MRK-Szenarien hat die EKF Automation Freital entwickelt und gebaut.

Mensch und Technik rücken immer enger zusammen. Ein Beispiel dafür sind MRK-Anwendungen – Mensch-Roboter-Kollaborationen, die in Industrie, Handwerk sowie in Dienstleistungsbereichen zunehmend Einzug halten. Diese Systeme müssen nicht nur technisch einwandfrei funktionieren, sondern auch Sicherheit und Gesundheit der daran Arbeitenden gewährleisten.

Am Institut für Arbeit und Gesundheit (IAG) der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) in Dresden vermitteln Präventionsfachleute das notwendige Wissen dazu. Seit kurzem können sie die verschiedenen Nutzerszenarien am Beispiel einer MRK-Anlage demonstrieren. Das Konzept dafür haben das IAG und das Freitaler Unternehmen EKF Automation GmbH gemeinsam entwickelt, EKF hat auf dieser Basis die Anlage gebaut.

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Kundenspezifische MRK-Applikationen

Die Nähe zwischen dem Anwender im Norden von Dresden und dem ausführenden Unternehmen am Südrand der sächsischen Landeshauptstadt ist Zufall. Die EKF Automation GmbH hat mit ihrem Konzept in einer bundesweiten Ausschreibung der DGUV überzeugt. Automations- und Roboterlösungen des 1991 gegründeten Unternehmens bewähren sich bei Automobilzulieferern, Maschinenbauern, Elektronikherstellern sowie Kunden in weiteren Branchen in Deutschland und darüber hinaus.

Neben zumeist fest eingehausten Robotik-Integrationen für die Industrie nutzt EKF die Potenziale von Leichtbaurobotern, um daraus kundenspezifische MRK-Applikationen zu entwickeln. „Die Demonstrationsanlage für das IAG stellt insofern eine Besonderheit dar, weil wir in ihr eine Vielzahl an sicherheitstechnischen Maßnahmen und unterschiedlichen Kollaborationsarten kompakt umsetzen konnten. Das war eine spannende Aufgabe für unser gesamtes Projektteam“, berichtet EKF-Projektleiter Janko Würz.

Robotik

Mensch-Roboter-Kollaboration – aber sicher

Vier Szenarien der Zusammenarbeit

Die Automatisierungs-Experten haben nach der Vornorm DIN ISO/TS 15066 vier Szenarien für die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter realisiert:

• In der ersten Stufe, der Koexistenz, führen Mensch und Roboter an getrennten Arbeitsplätzen nebeneinander verschiedene Tätigkeiten aus.

• Bei der sequenziellen Kooperation arbeiten Mensch und Roboter nacheinander an einem Objekt. Nähert sich der Mensch, steht der Roboter still.

• Bei der parallelen Kooperation bewegen sich Mensch und Roboter im gleichen Arbeitsraum, jedoch mit unterschiedlichen Aufgaben. Die Distanz zwischen Mensch und Roboter wird überwacht und die Geschwindigkeit der Bewegungen angepasst. Bevor eine Kollision entstehen kann, schaltet sich der Roboter ab.

• In der vierten Stufe, der Kollaboration, ist schließlich eine Kollision unter Einhaltung der biomechanischen Grenzwerte möglich. Leistung und Kraft des Roboters werden so dosiert, dass keine Gefährdung für den Menschen besteht.

Sichtbare und unsichtbare Schutzvorrichtungen installiert

Neben den einzelnen Arbeitssituationen wurden zudem verschiedene sichtbare und unsichtbare Schutzvorrichtungen um den Roboterzelle installiert wie Zäune, Sicherheitstrittmatten oder Lichtvorhänge. Die Auswahl des jeweiligen Schutzkonzeptes und der Betriebsart erfolgt über einen PC an den beiden Arbeitsplätzen der Anlage. Eine Sicherheits-SPS überwacht den Roboter sowie alle Schutzeinrichtungen.

„Wir zeigen keine Zukunftsmusik, sondern die MRK-Anwendungen, die heute verfügbar sind und bereits eingesetzt werden. Der direkte Praxisbezug, der aktuelle Stand der Technik war ein wichtiges Kriterium für den Aufbau der Anlage. Wir wollen so realitätsnah wie möglich zur Anlagensicherheit von Mensch-Roboter-Kollaborationen qualifizieren. Dabei spielen auch ergonomische Aspekte eine Rolle wie die Höhe der Arbeitsplätze oder die Anordnung von Ablagen für Werkstücke. Das wurde bei der Gestaltung ebenfalls berücksichtigt“, sagt Dr. Hanna Zieschang, Bereichsleiterin Arbeitsgestaltung – Demografie am IAG.

Zielgruppe Sicherheitsfachkräfte, Ingenieure und Konstrukteure

Eine Hauptzielgruppe für die Qualifizierungsmaßnahmen sind die Aufsichtspersonen, die als Bindeglied zwischen den Trägern der gesetzlichen Unfallversicherung und Unternehmen tätig sind. Sie beraten zu allen Fragen der betrieblichen Prävention und erhalten die dafür notwendige Qualifizierung über ihren Träger und die DGUV. Auch für die Sicherheitsfachkräfte der Firmen, für Ingenieure und Konstrukteure sind die Fortbildungen gedacht. „Gerade sicheres Konstruieren ist ein Thema, das an Bedeutung gewinnt“, sagt Frank Breuer und verweist auf das Aha-Erlebnis, das mit den realen MRK-Szenarien erreicht wird: „Der Lerneffekt am konkreten Beispiel ist um vieles höher als bei reinen theoretischen Erklärungen.“

Mensch-Roboter-Kollaboration

Ein sichere Mensch-Roboter-Kollaboration schneller planen

Voneinander gelernt haben auch die Partner im Projekt MRK-Anlage und in der gemeinsamen Arbeit weitere sicherheitsrelevante Punkte identifiziert. Unter anderem konnten sie vor diesem Hintergrund das Greifer-Design des Roboters optimieren.

„Wir freuen uns, dass wir einen Beitrag leisten können, mit dem das Wissen in der Industrie über die unterschiedlichen sicherheitstechnischen Maßnahmen beim Einsatz von Leichtbaurobotern vertieft und gefestigt wird“, betont Franziska Würz, Geschäftsführerin der EKF Automation GmbH, und unterstreicht den Lerneffekt für das Unternehmen: „Wir nehmen aus dem Projekt Erkenntnisse mit, die nicht nur in die Entwicklung von Leichtbaurobotik- und MRK-Lösungen einfließen, sondern ebenso für die Robotik-Integration in Industrieanlagen von Bedeutung sind. Auch für diese bereits geschützten Bereiche gibt es immer wieder Verbesserungspotenzial für noch mehr Sicherheit, Zuverlässigkeit und Schutz der Beschäftigten.“

* Ina Reichel ist freie Journalistin.

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