Sicherheitszonen: Das Display zeigt die verschiedenen Zonen an. In der gelben Zone kooperieren Roboter und Mensch miteinander, hier bewegt sich der Roboter wesentlich langsamer.

Sicherheitszonen: Das Display zeigt die verschiedenen Zonen an. In der gelben Zone kooperieren Roboter und Mensch miteinander, hier bewegt sich der Roboter wesentlich langsamer. Fraunhofer IWU

Schwerlast-Roboter sind potenziell gefährlich. Sie können beispielsweise 200 kg schwere Bauteile heben, schnell herumzuschwenken oder mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2 m/s bewegen. Wesentlich effizienter wäre die Zusammenarbeit Mensch-Roboter ohne räumliche Trennung und Schutzzaun. Die Experten vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU haben ein differenziertes Sicherheitskonzept entwickelt. Dabei werden unterschiedliche Stufen der Zusammenarbeit definiert. Je intensiver Mensch und Maschine zusammenarbeiten, desto höher die Stufe und desto strenger die Sicherheitsregeln. Wenn er dem Menschen beispielsweise ein Bauteil überreicht, bewegt er sich so langsam und vorsichtig, wie dies für diese Stufe festgelegt ist. Wenn Mensch und Roboter verschiedene Aufgaben ausführen und Abstand voneinander halten, darf Kollege Roboter sich mit voller Geschwindigkeit bewegen. Insgesamt haben die Fraunhofer-Forscher vier Stufen der Zusammenarbeit definiert.

Ergänzt werden die Stufen durch eine Einteilung des gemeinsamen Arbeitsbereichs in räumliche Zonen. Sie geben an, wie nahe Mensch und Roboter sich kommen. In der niedrigsten Stufe gibt es nur zwei Zonen, eine grüne und eine rote. Hält der Mitarbeiter sich entfernt vom Roboter, wird hierfür eine grüne Zone angezeigt, der Roboter kann in vollem Tempo loslegen. Nähert sich der Mensch, dann wird die rote Zone aktiviert, der Roboter stoppt sofort. Wenn Mensch und Roboter sich treffen, etwa um Bauteile oder Werkzeuge zu tauschen, kommt zur grünen und roten noch eine gelbe Zone hinzu. Diese markiert den Kooperationsbereich. Jetzt bewegt sich der Schwerlast-Roboter vorsichtig und mit niedriger Geschwindigkeit.

Kameras, Sensoren und intelligente Algorithmen

Damit der Roboter richtig reagieren kann, muss er jederzeit die Position und die Laufwege des Mitarbeiters kennen. Diese kann er mithilfe von drei Kameras ‚sehen‘. Die Kameras werden mit einer Reihe von Sensoren ergänzt. Sie registrieren Parameter wie Position, Beschleunigung und Kraft des Roboters sowie die Position und Bewegung des Menschen, um Kollisionen zu vermeiden. Die vom Fraunhofer IWU entwickelte Datenauswertung sorgt dafür, dass das Verhalten des Roboters und alle Sicherheitsregeln abhängig von der jeweiligen Aufgabe und Situation laufend angepasst werden. „Unser System ist im Labor bereits voll funktionsfähig und getestet. Ziel ist es, noch in diesem Jahr eine Anwendung von der Berufsgenossenschaft prüfen zu lassen und so den Einsatz in der Industrie zu ermöglichen“, sagt Prof. Matthias Putz, Institutsleiter des Fraunhofer IWU. Wie das Konzept funktioniert, demonstrieren die Forscher auf der Hannover Messe vom 24. bis 28. April (Halle 17, Stand C18)