Robotersteuerungen Mensch-Roboter-Interaktion erfordert höhere Sicherheit

Roboter spielen auf dem Weg zur Produktionsoptimierung eine immer größere Rolle. Damit sie ihre Arbeit auch in der gewünschten Art und Weise ausführen, benötigt man eine entsprechend ausgelegte Steuerung, ganz besonders, wenn die „stählernen“ Kollegen direkt mit dem Menschen interagieren müssen. Wie unser Beitrag zeigt, kommt ihr sogar eine Schlüsselrolle zu.

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Auf dem Weg zu Industrie 4.0 muss jedes Unternehmen seine Vorgänge in allen Bereichen optimieren. Auch in der Fertigung. Dort sich zwar schon viele Teile automatisiert, doch oftmals gibt es noch Engpässe, die sich durch Einsatz eines Roboters beseitigen ließen, allerdings war dies bisher oft sehr aufwendig, weil man die wendigen Helferlein zum Schutz der Mitarbeiter in einen Käfig sperren musste. Nur selten wagte man den Einsatz ohne Schutzhülle. Und wenn, dann nur mit verminderter Geschwindigkeit des sonst so agilen Stahlkolosses, was den Vorteil der höheren Arbeitsgeschwindigkeit wieder zunichte machte.

Der Steuerungstechnik kommt eine Schüsselrolle zu

Doch nun gibt es noch schnellere Prozessoren mit noch kürzeren Zykluszeiten, die weitaus schnellere Steuerungen ermöglichen, die auch hinsichtlich der geforderten Sicherheit genügen. Wir fragten bei einigen Unternehmen nach, die auf der Automatica ausstellen, wo der Trend hingeht und was mit den aktuellen Steuerungen möglich ist.

„Im Zeitalter von Industrie 4.0 und Mensch-Roboter-Kollaboration kommt der Steuerungstechnik eine Schlüsselrolle in der Robotik zu. Deshalb hat Stäubli mit der CS9 einen völlig neuen Sicherheitscontroller entwickelt, der mit seinen innovativen Safety-Funktionen Maßstäbe setzt und die Mensch-Roboter-Interaktion perfekt unterstützt“, sagt Gerald Vogt, Geschäftsführer Stäubli Robotics.

Wie das alles funktioniert und welche Vorteile man davon hat, das werde man auf der Automatica zeigen. „In München stellen wir die revolutionäre Sicherheitssteuerung CS9 und das neue Teach-Pendant vor. Dabei können sich die Besucher von den Möglichkeiten, die der Controller im Hinblick auf Mensch-Roboter-Interaktion bietet, anhand praxisnaher Demoapplikationen selbst überzeugen“, führt Vogt weiter aus.

Vogt zufolge weist die Steuerung CS den Weg in ein neues Robotikzeitalter: „Mit ihren Sicherheitsfeatures wie Safe Speed, Safe Stop, Safe Zone und Safe Tool kann der Anwender exakt und individuell bestimmen, wie eng der Grad der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter sein soll und welche Sicherheitsbestimmungen in diesem Fall einzuhalten sind.“ Wie Vogt weiter ausführt, sind alle Sicherheitsfunktionen TÜV-zertifiziert und sie erfüllen auch die strengen Anforderungen der Sicherheitskategorie SIL3-/PLe.

Industrie 4.0 als Treiber der dezentralen Steuerungstechnik

„Industrie 4.0 wird dezentrale Installations- und Steuerungskonzepte vorantreiben, hier war Festo schon immer Impulsgeber der Automation“, ist Hans-Ulrich Witschel, Vertriebsleiter/Geschäftsführer Deutschland/Österreich bei Festo, überzeugt.

Als Kern der Neuheiten bei Festo werde man auf der Automatica die Steuerung CPX-CEC in der Schutzklasse IP65/67 zeigen, die mit Codesys V3 und Softmotion erstmals eine Deltakinematik (Tripod) dezentral steuert. Da die verwendeten integrierten Antriebe EMCA ebenfalls in der Schutzart IP54/65 ausgeführt sind, komme diese robotiknahe Anwendung erstmals ganz ohne Schaltschrank aus. Des Weiteren werde dort eine virtuelle Inbetriebnahme auf Basis der Simulationssoftware Ciros von Festo Didactic verwendet und diese kommuniziere über OPC-UA ganz im Sinne von Industrie 4.0.

Wie Witschel weiter ausführt, werden auf dem Stand unter dem Slogan „World of Automation“ alle Steuerungskonzepte von Festo gezeigt. Mehrere reale Anwendungen für die Automobilfertigung, das Endline-Packaging oder die Elektronik-Light-Assembly sollen zeigen, wie diese Steuerungen alle Subsysteme von Festo Industrie-4.0-geeignet machen.

Im Bereich des Bionic Learning Network hat Festo erstmals auf der Hannover-Messe ein von der Seidenspinnerraupe inspiriertes Exponat gezeigt, das 3D-Modelle in Losgröße 1 im freien Raum gestalten und produzieren kann. „Technische Basis dazu ist eine Deltakinematik EXPT mit der Robotersteuerung CMXR“, so Witschel.

Die Robotersteuerung wird zukünftig in die Maschinensteuerung integriert

Beim Steuerungshersteller B&R sieht man hingegen eher einen Trend zu einer gemeinsamen Steuerung. „Wir sehen die direkte Integration von Robotern in die Steuerung von Maschinen als einen klaren Trend. Dadurch wird eine durchgängige und einheitliche Programmierung aller Anlagenkomponenten inklusive der eingesetzten Roboter möglich“, sagt Markus Sandhöfner, Geschäftsführer der B&R Industrie-Elektronik GmbH in Bad Homburg.

Integrierte Sicherheitstechnik ermöglicht die Kooperation von Mensch und Roboter

Des Weiteren sei die Kooperation von Menschen und Robotern (MRK) ein neues Thema, das durch integrierte Sicherheitstechnik erst möglich werde.

Das komplette Steuerungsportfolio von B&R sei in der Lage, Roboter zu steuern. „Gemeinsam mit den neuen Mapp-Softwarekomponenten kann eine Inbetriebnahme innerhalb weniger Minuten erfolgen“, führt Sandhöfner weiter aus.

Die direkte Verknüpfung von Steuerungs- und Antriebstechnik gemeinsam mit Mapp-Softwarekomponenten und -Sicherheitstechnik zeichne die Roboterlösungen von B&R aus. „Skalierbare Steuerungshardware mit Mapp Robox erlaubt es, beliebige Roboterkinematiken mit bis zu 15 Achsen zu steuern. In Verbindung mit den Safemotion-Funktionen der Antriebstechnik von B&R lassen sich so performante, sicherere Roboteranwendungen realisieren“, erläutert Sandhöfner.

Doch nicht nur einzelne Vorgänge lassen sich beschleunigen. Oftmals lasse sich die Geschwindigkeit des gesamten Produktionsprozesses erhöhen, zum Beispiel mithilfe der Echtzeitsimulation.

Physikbasierte Simulation des Materialflusses in Steuerungsechtzeit

Auf der diesjährigen Automatica in München zeigt die ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH die neueste Version ihres Simulationssystems ISG-Virtuos (Halle A4, Stand 525). Die Engineeringplattform setzt bei der Verkettung virtueller Anlagen – inklusive Roboter und Materialfluss – auf die physikbasierte Simulation in Steuerungsechtzeit. Schnittstellen zu kundenindividuellen Planungssystemen sollen die Automatisierung des Engineeringvorgangs ermöglichen. Außer Entwicklungsplätzen, an denen Interessenten Einblick in das konkrete Engineering erhalten, können sich Messebesucher am Stand über Best-Practice-Lösungen bei Anwenderunternehmen informieren, so das Unternehmen.

ISG-Virtuos ist laut ISG eine etablierte Lösung für die Inbetriebnahme realer Steuerungen mit realen Feldbussen an virtuellen Maschinen und Anlagen in Steuerungsechtzeit (< 1 ms). Nicht nur Baugruppen und einzelne Maschinen lassen sich damit eingehend testen, sondern auch komplexe Produktionsanlagen mit einer großen Anzahl unterschiedlicher Steuerungen, heißt es.

In der aktuellen Version der Software stünden nun eine Roboterbibliothek (3D-Visualisierung und kinematische Simulation) für gängige Roboterhersteller und -typen zur Verfügung. Auch die Integration der Robotersimulationen von zum Beispiel ABB, Fanuc und Kuka sei möglich. Anhand neuer Technologien aus dem Bereich Augmented Reality wird außerdem die direkte Anbindung der Kuka-CNC an ISG-Virtuos erstmalig präsentiert, heißt es weiter.

Mechatronische Simulation kommt in allen Bereichen verstärkt zum Einsatz

„Wir stellen fest, dass die ursprünglich für den anspruchsvollen Werkzeugmaschinenbau entstandene, virtuelle Inbetriebnahme beziehungsweise mechatronische Simulation in Steuerungsechtzeit in allen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus verstärkt zum Einsatz kommt“, erklärt Dr.-Ing. Christian Daniel, Business Manager Simulation Technology bei der ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH. „Darüber hinaus treten zunehmend Anlagen-, Maschinen- und Roboteranwender aus den verschiedensten Branchen an uns heran“, so Daniel. „Damit unsere Kunden – unabhängig von Größe, Einsatzbereich und Anwendungsfall – das dynamische Verhalten ihrer virtuellen Fabrik nicht nur visualisieren, sondern in Steuerungsechtzeit mit geringem Aufwand simulieren können, setzen wir im Bereich der Materialflusssimulation echtzeitfähige Algorithmen für die physikbasierte Simulation ein. So können die Vorteile der Engineeringplattform noch effizienter genutzt und die Zeit- und Kostenersparnis voll ausgeschöpft werden.“ MM

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