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Roboter

Mensch-Roboter-Kooperation als Schlüsseltechnologie in der Fertigung

| Autor / Redakteur: Karin Röhricht / Victoria Sonnenberg

Im Projekt Arena2036 entwickelt das Fraunhofer-IPA ein flexibles Montagemodul, an dem Werker und Roboter entsprechend ihren Fähigkeiten zusammenarbeiten können.
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Im Projekt Arena2036 entwickelt das Fraunhofer-IPA ein flexibles Montagemodul, an dem Werker und Roboter entsprechend ihren Fähigkeiten zusammenarbeiten können. (Bild: Arena2036)

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Wo steht die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) aktuell? Welche sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Fragen sind zu klären, damit sich effiziente MRK-Anwendungen weiter verbreiten? Dazu diskutierten Experten vom Fraunhofer-IPA sowie aus der Industrie.

Bereits zum achten Mal lud das Fraunhofer-IPA zu dem alle zwei Jahre stattfindenden MRK-Technologieseminar. In den zwei Jahren haben sich die Lösungen bedeutend weiterentwickelt und werden zunehmend als Schlüsseltechnologie in der Fertigung eingesetzt. So hat die Industrierobotik in den letzten Jahren von einem beachtlichen Wachstum profitiert, wie neueste Zahlen der International Federation of Robotics (IFR) belegen. Im Jahr 2014 wurden 229.261 Einheiten verkauft, was einem bisher einzigartigen Wachstum von 29 % entspricht. Entsprechend geht die IFR von einem jährlichen Wachstum von 15 % bis 2018 aus.

Mit MRK neue Märkte erschließen und wirtschaftlicher fertigen

Neben der Automobilbranche ist unter anderem die Elektro- und Elektronikindustrie ein wichtiger Treiber. An diesem Wachstum werden auch MRK-Anwendungen einen beachtlichen Anteil haben, denn sie bieten die zunehmend geforderten Eigenschaften neuartiger Industrieroboter: Flexibilität, intuitive Bedienung, kognitives und reaktives Verhalten sowie Mobilität. Mit MRK können Roboter- und Automatisierungsausrüster neue Märkte erschließen, Endanwender ihre Fertigung wirtschaftlicher gestalten und die Sicherheit und Ergonomie der Arbeitsmittel verbessern sich.

MRK-Anwendungen lassen sich einer der folgenden vier Interaktionsformen zuordnen, die in ISO 10218-1/-2 definiert sind und jeweils unterschiedliche Anforderungen an die Sicherheitseinrichtungen stellen: Assistenzsysteme zur Kraftunterstützung, Roboter als 'dritte Hand', Programmieren durch Handführen sowie das eigenständige Arbeiten von Roboter und Werker Seite an Seite. Die zu wählende Interaktionsform hängt vom Prozess ab, der teilautomatisiert werden soll. Das Ziel ist immer, diesen aus Sicht von Wirtschaftlichkeit, Ergonomie, Sicherheit oder Arbeitsabläufen zu verbessern. Um dies fundiert beurteilen zu können, haben die Wissenschaftler des Fraunhofer-IPA eine Taxonomie entwickelt. Auf deren Basis können sie Fertigungsprozesse auf ihre MRK-Eignung hin systematisch prüfen und Unternehmen bei der erfolgreichen Umsetzung von MRK-Anwendungen begleiten.

Die Sicherheit einer Anwendung, belegt durch das CE-Zertifikat, ist für die Zulassung unabdingbar. Welche kamerabasierten und 3D-fähigen Lösungen es hier bereits am Markt gibt, zeigte der Vortrag von Dr. Rüdiger Frank von Pilz, dem Anbieter von Sicherheitstechnik für die Automation.

Sicherheit steht allerdings im Spannungsfeld mit der Produktivität einer Anwendung.

Grundsätzlich sind unerwünschte Kontakte zwischen Mensch und Roboter zu vermeiden. Gleichwohl kann es in MRK-Anwendungen zu tolerierten oder erwünschten Kontakten kommen. Diese müssen verletzungsfrei ausgelegt werden, zum Beispiel indem Masse, Geschwindigkeit, Geometrie oder Steifigkeitseigenschaften eines Robotersystems angepasst werden. Eine aktuell zu klärende Problemstellung in Forschung und Entwicklung ist, wie sich ein 'Schaden' klassifizieren und bewerten und überdies modellieren und messen lässt, um hier zu verlässlichen Aussagen auch für die Normung zu gelangen. Zu Beginn des Jahres 2016 wird das ISO-Komitee die ISO/TS 15066 veröffentlichen, die die Sicherheitsanforderungen der oben genannten vier Interaktionsformen spezifiziert. Wissenschaftler des Fraunhofer-IPA haben daran maßgeblich mitgearbeitet und können somit in ihren Projekten immer die neuesten Vorgaben berücksichtigen und in allen Fragen der Sicherheit umfassend beraten.

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