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MRK

Cobots sind längst unter uns

| Autor/ Redakteur: Tilo Michal / Mag. Victoria Sonnenberg

Kollaborierende Roboter, kurz Cobots, haben längst den Schutzraum verlassen und arbeiten unter uns. Auf der technischen Seite bringen sie bereits viel mit, oftmals zu viel, weshalb noch viel Arbeit auf dem Weg zur echten MRK liegt.

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Hier ist die starre Trennung zwischen Vollautomatisierung aufgehoben und Mensch und Roboter arbeiten tatsächlich Hand in Hand: ein Kuka LBR iiwa im Einsatz.
Hier ist die starre Trennung zwischen Vollautomatisierung aufgehoben und Mensch und Roboter arbeiten tatsächlich Hand in Hand: ein Kuka LBR iiwa im Einsatz.
(Bild: Kuka)

„Technisch gesehen ist die MRK-Robotertechnologie weit entwickelt. Einer breiten Anwendung in der Fertigung steht derzeit aber noch ein ganze Reihe praktischer Probleme im Weg“, berichtet Simon Storms, Oberingenieur am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen University, der dort für den Bereich Automatisierung und Steuerungstechnik verantwortlich ist.

„Es gibt noch eine Reihe von Hemmnissen auf dem Weg zu echten MRK-Anwendungen, zum Beispiel die Greifkraftbeschränkung, Obergrenzen für Verfahrgeschwindigkeiten und offene Fragen in Bezug auf Normen und Zertifizierungsprozesse.“ Die derzeit definierte Greifkraftbeschränkung auf 140 N ist so definiert, um schwere menschliche Verletzungen durch Einklemmen von Körperteilen zu verhindern. „So können aktuell schwere Lasten meist nur von Robotern bewegt werden, die baulich vom Menschen abgeschirmt sind, wie das auch in der herkömmlichen Fertigung der Fall ist“, berichtet Storms. „Der Zielkonflikt ist hier greifbar: Je weniger Kraft der Roboter in den Prozess einbringen darf und desto langsamer er sich bewegt, desto geringere Schäden kann er anrichten, desto geringer ist aber auch seine Performance.“

Herausforderung Kollisionssimulation

Mit der Planung von MRK-Prozessen, dem Sicherheitsaspekt und der Interaktion von Mensch und Maschine beschäftigt sich auch Dr.-Ing. Alfred Hypki am Lehrstuhl für Produktionssysteme der Ruhr-Universität Bochum (RUB). Dort arbeitet man derzeit auch an Crash-Modellen. „Kollisionssimulationen sind deshalb nicht so leicht zu bewerkstelligen, weil Cobots mobil sind und der Mensch in seiner ganzen einzigartigen biokinetischen Beweglichkeit eine entscheidende Rolle spielt und sich frei im Raum bewegen kann. So kommen jede Menge biomechanische Parameter ins Spiel, die gar nicht ohne Weiteres in einem Modell abbildbar sind.“

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Herstellerseits hat man bei allen Cobot-Konstruktionen und -Designs versucht, das Unfallrisiko für den Menschen zu minimieren: Die Außenhäute sind homogen und stromlinienförmig und bieten kaum Angriffsflächen. Die Gelenke sind so designt, dass ein Einklemmen der Finger des Bedieners weitestgehend unmöglich ist. Zum Einsatz kommen Drehmomentbegrenzer der Antriebe, dezentrale Drehmomentsensoren, nachgiebige Gehäuse, Näherungssensoren und (externe) Kamera-Überwachungssysteme, Drucküberwachung und pneumatische Sensoren. All das mit dem Ziel, bei einem Crash oder einer Einklemmung das Not-Aus in Millisekunden herbeizuführen. Der Airskin von Blue Danube Robotics bietet gar eine drucksensitive Schutzhaut, die bei einer entsprechenden Kollision reagiert.

Welche Zertifizierung greift?

Ein weiteres Problem der Implementierung von MRK-Systemen ist die Undurchsichtigkeit von Sicherheitsvorgaben und Zertifizierungen, weiß Simon Storms: „Selbst wenn ein Roboter als sicher eingestuft ist, ändern sich die Bedingungen, wenn zum Beispiel ein Effektor eines anderen Herstellers oder ein anderer Greifertyp verwendet wird. Relevant ist selbstverständlich auch, was der Greifer hält – je nach Geometrie könnte es sich dabei um ein scharfkantiges Teil handeln. Da sich auch das Bewegungsprofil und Einsatzgebiet von Anwender zu Anwender ändert, sind die Sicherheitsvorgaben und Normen letztlich unspezifisch und schwer transponierbar. Hier würde ich eine Art Richtlinienausschuss zwischen Industriepartnern, Branchenverbänden, Berufsgenossenschaft und Arbeitnehmern als zielführend betrachten.“

Die DIN EN ISO 102018 „regelt“ zwar den kollaborierenden Roboterbetrieb, stammt aber aus dem Jahr 2008 – im Hightech-Zeitalter also schon sehr weit von der aktuellen Entwicklung. Darüber hinaus unterliegen die Cobots der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und stellen gemäß dieser eine „unvollständige Maschine“ dar, die mit einer Einbauerklärung versehen werden muss. Roboter müssen per se außerdem die DIN ISO/TS 15066:2017-04 erfüllen, die Anforderungen der Leistungs- und Kraftbegrenzing definiert. Nicht klar ist bislang, ob sich die Richtlinien ergänzen, nebeneinander existieren oder sich eventuell gegenseitig aufheben können. Noch sind Firmeninhaber, Fertigungsleiter, Bediener und Sicherheitsbeauftragte beim Thema MRK mehr oder weniger auf sich gestellt.

Potenziale ausgelotet

„Made in Germany“ lautet die Devise von Beyerdynamic mit Sitz in Heilbronn. Seine Kopfhörer, Mikrofone und Konferenzsysteme fertigt der Premiumhersteller größtenteils in Handarbeit – dabei ist die Prozessstabilität einer der entscheidenden Faktoren. An einer Stelle innerhalb der Produktionsabfolge müssen die Membranen der Lautsprecher durch die Beschichtung mit einem Dispersionsmedium verfeinert werden. Seit jeher führten drei Mitarbeiter diesen Prozess manuell aus. „Natürlich ist es für den Menschen unmöglich, über lange Zeit hinweg immer gleichmäßig zu pinseln. Irgendwann wird ein Strich nun mal dicker und ein anderer dünner. Entsprechend wiesen unsere Membranen qualitative Schwankungen auf“, berichtet Jörg Lang, Produktionstechniker bei Beyerdynamic. Der Betrieb entschied sich an dieser Stelle für eine Automatisierung durch zwei Cobots von Universal Robots (UR). Heute reicht ein Mitarbeiter einem UR5 die Kopfhörerlautsprecher, dieser übergibt sie einem UR3, der sie schließlich gleichmäßig mit dem Dispositionsmedium besprüht. Die neue Zusammenarbeit von Menschen und Robotern steigerte die Produktivität innerhalb des Anwendungsbereichs um 50 % bei einer gleichzeitigen Qualitätszunahme der Premiumkopfhörer.

Sprung nach Lüneburg: Ein Cobot unterstützt die Mitarbeiter von Yanfeng Automotive Interiors (YFAI) dort beim Verschrauben von Armauflagen. YFAI entschied sich für einen MRK-fähigen Kuka LBR iiwa. In der Anlage arbeiten zwei Werker an jeweils einer Werkzeugmaschine. Den LBR iiwa „teilen“ sie sich. Wartezeiten werden somit ausgeschlossen. „Der Roboter ist so programmiert, dass er immer den effizientesten Weg wählt, wie die Bauteile am schnellsten verschraubt werden können“, erklärt Dennis Rittmann, der die Implementierung des Cobots leitet.

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