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Mensch-Roboter-Kollaboration Tools zum Planen sicherer Mensch-Roboter-Arbeitsplätze

| Redakteur: Jan Vollmuth

Die Planung und Integration von Robotersystemen, mit denen der Mensch in laufenden Produktionsprozessen sicher zusammenarbeiten kann, ist bislang noch kompliziert. Das Fraunhofer IFF und Systemintegrator Symacon entwickeln nun gemeinsam neue Werkzeuge und Methoden für die Vorabplanung von industriellen Roboterzellen mit speziellen Funktionen für die sichere Mensch-Roboter-Kooperation.

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Gemeinsame Arbeitsplätze von Mensch und Roboter sollen bald zur Normalität werden. Das Fraunhofer IFF und Systemintegrator Symacon wollen in dem gemeinsamen Projekt MR_KOOP deren Vorabplanung und Integration in den Produktionsprozess deutlich vereinfachen.
Gemeinsame Arbeitsplätze von Mensch und Roboter sollen bald zur Normalität werden. Das Fraunhofer IFF und Systemintegrator Symacon wollen in dem gemeinsamen Projekt MR_KOOP deren Vorabplanung und Integration in den Produktionsprozess deutlich vereinfachen.
(Bild: Fraunhofer IFF)

Ein Mitarbeiter setzt kleine Düsen auf eine Montageplatte. Auf die Düsen legt er einen Sieb. Später soll daraus ein Duschkopf werden. Dann schiebt er die Montageplatte über den Tisch. Ein Roboterarm holt sich die Platte, drückt die Siebe fest und schiebt sie wieder dem Mitarbeiter zu. Sie sind nur eine Armlänge voneinander entfernt, kein Schutzzaun trennt die beiden.

Die Arbeit sinnvoll teilen

Der Roboter ist Teil des Projekts Aquias. Das Projekt untersucht, wie die Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter so gestaltet werden kann, dass die Mitarbeiter attraktive Aufgaben erhalten und nicht durch den Roboter ersetzt werden. Zudem betrachtet das Projekt, wie die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) speziell schwerbehinderten Menschen helfen kann.

Um das in der Praxis zu testen, hat die Isak gGmbH einen Mensch-Roboter-Arbeitsplatz eingerichtet. Isak ist ein Inklusionsunternehmen: Über 67 % der Mitarbeiter sind schwer behindert. Dank MRK können sie nun trotz Behinderung eine attraktive Aufgabe erledigen. Der Roboter übernimmt die ergonomisch ungünstigen Aufgaben, in diesem Fall das Festdrücken der Siebe. Die Zuarbeit und abschließende Kontrolle bleibt Aufgabe des Menschen.

Roboter mit Gefühl

Das Projekt entstand zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und der Robert Bosch GmbH, die auch den Apas Assistant beisteuert. Der kollaborative Roboter erkennt dank seiner Sensorhaut, wenn sich ein Mensch nähert. Wird eine Entfernung von 5 cm unterschritten, stoppt der Arm noch bevor es zu einer Berührung kommt – und gewährleistet so die Sicherheit der Mitarbeiter.

Während die Mensch-Roboter-Kooperation in einem kleinen, speziellen Umfeld wie bei Isak bereits heute bestens funktioniert, scheint der flächendeckende Einsatz kollaborativer Roboter im industriellen Umfeld noch in weiter Ferne – trotz der damit verbundenen Vorteile. Eine Grund dafür: Die hohen Sicherheitsanforderungen an kollaborative Robotersysteme stellen Systemintegratoren und Anlagenplaner vor große Herausforderungen.

Sicher und produktiv zugleich

So muss in jedem Einzelfall detailliert geklärt werden, wie sich die verschieden eingesetzten Sicherheitssensoren auf den konkreten Prozess, in den der Roboter integriert ist, auf die unmittelbare Umgebung und die Art der Kollaboration zwischen Menschen und Roboter auswirken. Die Maschine darf auf keinen Fall den Menschen verletzen, der in seiner Nähe arbeitet; gleichzeitig darf sie den Produktionsprozess nicht maßgeblich stören, wenn der Roboter etwa aus Sicherheitsgründen seine Bewegung verlangsamt oder gar stoppt. Sind diese essentiellen Fragen nicht eindeutig geklärt, ist der Einsatz eines kollaborativen Roboters nicht möglich.

„Mit den heute üblichen Planungs- und Entwurfsmethoden lassen sich solche Fragen, wenn überhaupt, nur bedingt beantworten“, beschreibt Roland Behrens vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF die Situation. Er ist am Magdeburger Forschungsinstitut für die Entwicklung neuer Robotiksysteme mit MRK-Funktion und ihre Integration in industrielle Abläufe verantwortlich. „Das Problem ist, dass die vorhandenen Werkzeuge nicht an die relevanten Sicherheitsvorgaben der MRK angepasst sind“, so der Robotikexperte. Heute sei es beispielsweise nicht möglich, kritische Sicherheitsaspekte für modernste Robotik- und Assistenzsysteme bereits in der Planungsphase zu berücksichtigen, da die hierfür erforderlichen Planungsmittel wie beispielsweise Softwaretools oder Abläufe fehlen. Folglich können die Auswirkungen der Integration solcher Systeme erst später getestet werden. Das macht es für die Unternehmen schwerer, ihren Einsatz flexibel zu planen.

Basiswerkzeuge bereitstellen

In Kooperation mit dem Systemintegrator Symacon GmbH schließt das Fraunhofer IFF nun diese methodische Lücke, indem es hierfür neue Werkzeuge entwickelt, testet und in reale Planungsabläufe von Symacon integriert. Das Ziel der gemeinschaftlichen Bemühungen ist es, Unternehmen ein Basiswerkzeug zur Planung von Roboterzellen mit speziellen MRK-Funktionen zur Verfügung zu stellen. Sie soll eine frühzeitige Bewertung der Sicherheitsvorgaben für Anlagen ermöglichen, welche die Sicherheitsbetriebsarten „Sicherheitsbewerteter überwachter Halt“ und „Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung“ nach ISO/TS 15066 umsetzen.

Dr.-Ing. Detlef Mlynek, Geschäftsführer bei Symacon, betont die Bedeutung der Kooperation mit dem Fraunhofer IFF: „Mensch-Roboter-Arbeitsplätze werden künftig in vielen Branchen und in wachsender Zahl zu finden sein. Sie gehören zur Zukunft der Arbeit wie der demografische Wandel oder die Digitalisierung der Produktion. Die schnelle, einfache Planung und Integration von Mensch-Roboter-Arbeitsplätzen in bestehende Produktionsabläufe ist ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur Arbeit 4.0 und könnte der entscheidende Faktor für den Erfolg der Technologie sein.“

Ebenso entscheidend wird die Akzeptanz der kollaborativen Roboter durch die Menschen sein, die mit ihnen zusammenarbeiten sollen. „Wir wollen nicht den Menschen ersetzen, das ist nicht Sinn unseres Projektes“, sagt Andreas Müller, Betriebsleiter bei Isak. Ein Ansinnen, das derzeit sicherlich auch bei den Beschäftigten in der Industrie die Akzeptanz für MRK steigern dürfte. (jv)

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