MRK

Potenziale der Mensch-Roboter-Kollaboration: Der Weg zu ihrem wirtschaftlichen Einsatz

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Anwendungen mit und ohne MRK

Drei skizzierte Anwendungsfälle zeigen beispielhaft die Wechselwirkungen einer (MRK-)Applikation auf die oben beschriebenen Faktoren. Dabei werden entsprechend der ISO 10218 und ISO/TS 15066 die Szenarien „Kollisionskraftbegrenzung“ (PFL), „dynamische Arbeitsraumüberwachung“ (SSM) sowie der nichtkollaborative Betrieb „Vollautomatisierung“ (nHRC) betrachtet.

  • Kollaborationstyp „Kollisionskraftbegrenzung“ – ständige Kollaboration

Einen Menschen neben einem bewegten Roboter in der Fertigung agieren zu lassen, bedeutet, dass sich der Roboter zur Kraftbegrenzung im Falle einer Kollision hinreichend langsam bewegt (Bild 2), kontrolliert über bestimmte Robotersteuerungsfunktionen, wie reduzierte Geschwindigkeit und/oder Kraftbegrenzung, die ohne zusätzliche Arbeitsraumüberwachung ständig auf dem niedrigsten notwendigen Level aktiviert sein müssen.

Bildergalerie
  • Kollaborationstyp „Dynamische Arbeitsraumüberwachung“ – regelmäßige Kollaboration

Um die vollen Robotergeschwindigkeiten auszunutzen, kann die Abwesenheit des Menschen in der Zelle überwacht werden, während der der Roboter seine volle Produktivität ausspielen kann. Dazu müssen sichere Detektionssysteme eingesetzt und Sicherheitsabstände basierend auf Erkennungs- und Nachlaufzeiten umgesetzt werden. Bei Annäherung des Menschen muss die Roboterbewegung derart eingeregelt werden, dass ein bewegter Kontakt mit dem Menschen ausgeschlossen wird.

  • Nichtkollaborativer Betrieb „Vollautomatisierung“ – keine Kollaboration

Der Zugang zur Roboterzelle im aktiven Betrieb des Roboters führt mittels Türschalter zum Sicherheitshalt, sodass während des Roboterbetriebes keine Berücksichtigung des Kollisionspotenzials nötig ist.

Die Bewertung der Wirtschaftlichkeit der hier aufgeführten Kollaborationsszenarien lässt sich durch Abhängigkeiten von Kollaborations- und Produktionskenngrößen genauer aufzeigen. Dabei sind die Einflussgrößen „Taktrate“ und „Zeitverlust durch Bedienereingriff“ direkt abschätzbar: Je höher der Grad der Kollaboration, desto niedriger sind die Taktraten des Systems (siehe Bild 3, oben links). Daher gilt: Je höher der Grad der Kollaboration, desto niedriger ist die Produktivität des Systems, da der Teiledurchfluss stark von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängt und sicher reduzierte Geschwindigkeiten umgesetzt werden müssen (siehe Bild 3, oben rechts).

Die Vorteile der Kollaborationsfähigkeit eines Robotersystems zeigen sich klar dann, wenn Bedieneingriffe in den Prozess vorgesehen sind. Bei starren Prozessen mit Vollautomatisierung braucht man automatisierte Materialzuführung oder (zeit-)aufwendige An- und Abschaltvorgänge. Der kollaborative Betrieb hingegen zeichnet sich durch ein Zusammenspiel zwischen Bediener und Roboter aus, sodass große Zeitverluste beim Bedienereingriff durch koordinierte Übergaben vermeidbar sind. Nach einem Eingriff kann der Produktionsbetrieb automatisch wieder anlaufen. Je höher der Grad der Kollaboration, desto geringer sind die Zeitverluste beim Bedienereingriff während des Prozesses (siehe Bild 3, unten links). Der Einsatz eines kollaborativen Systems soll Vorteile gegenüber der klassischen Automatisierung bei Investition, Platzbedarf und Flexibilität hinsichtlich Produktionsumstellungen bringen. Dazu lässt sich keine pauschale Abschätzung bezüglich des umgesetzten Kollaborationsszenarios zeigen (siehe Bild 3 unten rechts), sondern es sind die benötigten Systemkomponenten zu betrachten. Dazu müssen die kollaborativen Fähigkeiten des Robotersystems sowie eventuell eingesetzte Detektionssensorik parametrisiert und auf ihren jeweiligen Beitrag zu Investition und Platzbedarf ausgewertet werden. Ebenfalls zu berücksichtigen ist die Agilität einer Applikation im Falle von notwendigen Umstellungen an Produktvariante oder Produktionslayout, wobei kollaborative Arbeitsstationen durch geringere Festinstallationen Vorteile bergen.

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