Intelligentes Schutzkonzept Sichere Steuerung für die Mensch-Roboter-Kollaboration

In der Fertigungshalle der Zukunft arbeiten Mensch und Roboter Hand in Hand. Schutzzäune sind nicht mehr nötig, denn die Roboter sind so gesteuert, dass keine Verletzungsgefahr für Menschen besteht. Zudem ergänzen sich beide perfekt in ihren Fähigkeiten. Der Roboter übernimmt die schweren körperlichen und monotonen Tätigkeiten. Der Mensch wiederum lehrt dem Roboter Bewegungsabläufe, überwacht den Fertigungsprozess und konzentriert sich auf Aufgaben, in denen er dem Roboter einfach überlegen ist. Eine reibungslose und effiziente Produktion ist die Folge.

Dieses Bild einer Smart Factory ist bislang allerdings nur selten in der Realität anzutreffen. Tatsächlich arbeitet aktuell nur ein Bruchteil der Roboter, die weltweit eingesetzt werden, mit Menschen zusammen. Ein Grund dafür ist, dass die Sicherheit garantiert sein muss. Aber schon in naher Zukunft könnte die Kollaboration von Mensch und Maschine der Normalfall werden – dank neuer Schutzkonzepte.

Sicherheits- und Robotersteuerung kombiniert

Eine Sicherheitslösung für das Zusammenspiel von Mensch, Maschine und Roboter bietet der Automatisierungsexperte Keba mit KeSafe an. Diese ermöglicht das flexible und schnelle Umsetzen unterschiedlicher sicherheitstechnischer Aufgabenstellungen. „KeSafe ist Bestandteil des kompakten Steuerungs- und Antriebssystems KeDrive for Motion. Sicherheits- und Robotersteuerung sind somit in einem Gerät kombiniert“, sagt Stefan Frauscher, Produktmanager für KeSafe. Der Funktionsumfang der skalierbaren Sicherheitslösung reicht von einfachen Logikverknüpfungen über sichere Einzel­achsfunktionen bis hin zu erweiterten Sicherheitsfunktionen für Roboterapplikationen mit bis zu 12 Achsen. „KeSafe ist für beliebige serielle Kinematiken einsetzbar und über ein komfortables Engineering Tool frei programmierbar“, erklärt Frauscher. Vielfältige, zertifizierte und individuell kombinierbare Funktionsbausteine lassen sich verwenden, um Sicherheitsapplikationen einfach und effizient zu erstellen.

Smarte Mensch-Roboter-Kollaboration

Ein wichtiges Schlagwort dabei ist die invisible operation, also ein unsichtbarer Ablauf. Die Sicherheitssteuerung soll im normalen Produktionsablauf nicht spürbar sein und für den Benutzer unbemerkt mit der Robotersteuerung zusammenarbeiten. KeSafe ähnelt einem Beobachter, der gleichzeitig mitrechnet, eine Gefahr erkennt und eingreift, ohne den Fertigungsprozess unnötig zu unterbrechen. Vergleichbar ist das mit einem Fahrassistenten im Auto, der auf Geschwindigkeitslimits reagiert. Dieser bremst automatisch ab, erzwingt aber keine Notbremsung. Ist die Gefahr beseitigt, steht einer schnellen Wiederaufnahme des Betriebes nichts im Wege.

Übertragen auf eine Smart Factory ist folgendes Szenario denkbar: Auf einem Förderband werden Produktteile transportiert. Ein Roboter nimmt präzise, schnell und gleichmäßig ein Teil nach dem andern auf, um es in einer Palette abzulegen. Nun betritt ein Mensch den Arbeitsraum, um die Palette auszutauschen. Sofort reduziert der Roboter die Geschwindigkeit. Kommt der Mensch nun noch näher, stoppt der Roboter augenblicklich. Daraufhin kann der Mensch den Roboterarm mit bloßen Händen anfassen, um ihn wegzuschieben. Der Roboter erkennt die menschliche Interaktion und unterstützt diese aktiv mit einer sicheren Bewegung. Somit kann der Mensch den Austausch der Palette vornehmen. Sobald der Mensch den Arbeitsbereich des Roboters wieder verlassen hat, setzt der Roboter selbständig seine programmierten Bewegungsabläufe fort.

„Müsste der Roboterbetrieb beim Austausch eigens angehalten werden, würde ein Neustart üblicherweise eine hohe Zeitverzögerung bis zur Wiederinbetriebnahme bedeuten“, erläutert Frauscher. Aber gerade optimierte Produktionsflächen, zuverlässige Anlagen und Maschinenverfügbarkeit sowie Flexibilität sind wichtige Faktoren für eine hohe Produktivität eines Unternehmens. KeSafe spart damit Zeit und Geld: Schon bei einer leichten Berührung pausiert der Roboter und setzt seine Arbeit nach dem Loslassen fort. Das ist möglich, weil empfindliche Sensoren jede Berührung des Roboters erkennen. Bei einem starken Kontakt, also bei einer Kollision, stoppt er. Zusätzlich ist es durch ein intelligentes Kontrollsystem und sichere Sensoren möglich, dass sich der Roboter nur in einer definierten Arbeitsfläche bewegt.