MRK Hannover Messe 2017: Mensch und Maschine rücken immer näher zusammen. Dies wurde auf der Hannover Messe 2017 in Form der Mensch-Roboter-Kollaboration in vielfältiger Weise sichtbar.

Mensch und Maschine rücken immer näher zusammen. Dies wurde auf der Hannover Messe 2017 in Form der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) in vielfältiger Weise sichtbar. Deutsche Messe

Roboter sind in der Industrie ein alter Hut, doch im Vorfeld der Hannover Messe führte die Deutsche Messe die Cobots (Collaborative Robots) als eines ihrer Leitthemen. Das Ziel der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK): Die Maschine ersetzt den Menschen nicht mehr, sondern ergänzt seine Fähigkeiten und nimmt ihm ergonomisch belastende und ­repetitive Arbeiten ab. Allerdings ist das Konzept der Cobots auch nicht mehr ganz taufrisch. Es entstand bereits im Jahre 1995 im Rahmen eines von der General Motors Foundation initiierten Forschungsprojekts, das Roboter so sicher machen sollte, dass sie buchstäblich Hand in Hand mit Menschen arbeiten konnten. Getreu dem Motto des 1. Robotergesetztes von Isaac Asimov aus seinem Buch ‚Ich, der Roboter‘ von 1950: „Ein Roboter darf kein menschliches Wesen verletzen“.

MRK Hannover Messe 2017:

Ein Beispiel für einen klassischen Roboter: Der mächtige Roboterarm von Fanuc lässt ein Auto durch die Messehalle schweben. Redaktion IEE

Klassische Industrieroboter zeichnen sich durch Kraft und Schnelligkeit aus und führen ihre Tätigkeiten nach einem festen Programm aus – ohne Rücksicht auf umstehende Mitarbeiter; Sicherheitszäune und -schranken verhindern Unfälle. Cobots dagegen läuten die Ära der Freilandhaltung von Robotern ein. Sie sind eigens dafür konstruiert, mit Menschen gemeinsam zu arbeiten. Statt in Käfigen agieren sie in einem kooperativen Arbeitsumfeld, überwacht von Sensoren und 3D-Kamera­systemen. Zudem wurden sie so konzipiert, dass sie auch im Falle eines Kontakts keinen oder möglichst wenig Schaden anrichten, etwa durch eine reduzierte Arbeitsgeschwindigkeit, ­abgerundete Ecken und den Verzicht auf vorstehende Teile. ­Aufgrund dieser Sicherheitsmaßnahmen können sie dem Menschen bei komplexen Aufgaben Seite an Seite assistieren.

Im September 2016 veröffentlichte das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) eine Studie zum Thema MRK, inklusive 25 Anwendungsbeispielen. Die Forscher befragten Firmen, die Leichtbauroboter bereits in der Produktion einsetzen hinsichtlich Einführung, Mitarbeiterakzeptanz und Wirtschaftlichkeit. Das Ergebnis: In allen Gesprächen bestätigten die Unternehmen, dass die Technologie funktioniert. Unsicher waren die Befragten jedoch noch, was beispielsweise Normen und Richtlinien der Arbeitssicherheit betrifft. Zudem ist der Aufwand für den Einsatz ohne Schutzzaun laut Umfrage deutlich höher als anfangs erwartet.

ISO/TS 15066 unterstützt bei der Risikobeurteilung

Im Februar 2016 hatte die internationale Organisation für Normung (ISO) Richtlinien veröffentlicht, welche die Sicherheit von Mitarbeitern in Zusammenarbeit mit Robotersystemen sicher­stellen sollen. Die ISO/TS 15066 unterstützt Systemintegratoren, die Hard- und Software-Produkte in die IT- und Industrie-Landschaft integrieren, bei der Risikobeurteilung zur Einführung von kollaborierenden Robotern. Neben Anforderungen hinsichtlich des Designs und der Risikobeurteilung der Roboterapplikation, beinhaltet die Spezifikation eine Forschungsstudie zum Thema menschliche Schmerzgrenze versus Robotergeschwindigkeit, Belastung und Auswirkungen auf definierte Körperteile. Wichtig sind hier die Schmerzgrenzen, die definieren, ab wann eine Berührung für den Menschen unangenehm wird. So stuft die ISO Berührungspunkte im Gesicht etwa als empfindlicher ein als am Oberarm – daher darf im Gesicht zum Beispiel gar keine Berührung erfolgen.

Die vier Arten der Mensch-Roboter-Kollaboration

Bei der schutzzaunlosen Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter ergeben sich unterschiedliche Anforderungen und Lösungsansätze an die vier Arten der Mensch-Roboter-Kollaboration: Stopp, Handführung, Geschwindigkeits- und Positionsüberwachung sowie Kraft- und Momentenbegrenzung. Auch eine Kombination der Konzepte ist möglich.

  1. 1. Sicherheitsgerichteter überwachter Halt: Beim Zutritt eines Menschen in den Kollaborationsraum stoppt der Roboter. Dieser Stillstand hält solange an, bis der Mitarbeiter den gemeinsamen Arbeitsraum wieder verlassen hat.
    2. Handführung: Die Bewegungen und Kräfte, die der Mensch auf den Roboter ausübt, werden mittels Sensoren in eine Roboterbewegung umgewandelt. Der Roboter wird also komplett durch die Mitarbeiter gesteuert, meist unterstützt durch eine Zustimmungseinrichtung wie einen Dreipunktschalter.
    3. Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung: Der Abstand von Mensch und Roboter wird konstant überwacht. Unterschreitet der Anwender die vorgeschriebene Distanz, reduziert sich die Geschwindigkeit des Roboters bis auf einen Sicherheitshalt.
    4. Leistungs- und Kraftbegrenzung: Das Gefährdungspotenzial des Roboters wird durch die Beschränkung dynamischer Parameter reduziert. So lassen sich die Kontaktkräfte zwischen Mitarbeiter und Roboter technisch auf ein ungefährliches Maß begrenzen.

Der Trend geht hin zum Cobot

MRK Hannover Messe 2017: Der CR-4iA (rechts) ist mit einer Traglast von 4 kg und einer Reichweiter von 550 mm der kleinste unter den grünen FANUC Robotern.

Der CR-4iA (rechts) ist mit einer Traglast von 4 kg und einer Reichweiter von 550 mm der kleinste unter den kollaborativen Fanuc Robotern. Fanuc

Soweit die Theorie: Die Messe in Hannover hat in vielfältiger Weise gezeigt, dass Mensch und Maschine immer näher zusammenrücken und die Zahl der MRK-Applikationen steigen wird.

Verglich man beispielsweise am Messestand des Roboter­herstellers Fanuc die Verteilung von gelben (klassischen) zu grünen (kollaborativen) Robotern, spielen die kollaborativen Varianten bisher allerdings noch eine untergeordnete Rolle. Doch mit dem CR-4iA stellte das Unternehmen sein neues Mitglied der MRK-Reihe vor. Mit der Traglast von 4 kg bei einer Reichweite von 550 mm ist der CR-4iA das kleinste Modell der Serie. Aufgrund der kompakten Bauweise lassen sich die Roboter an der Decke oder Wand montieren und haben dadurch einen ­großen Bewegungsbereich, ohne den Arbeitsplatz des Bedieners einzuschränken. Aufgrund seines Designs kann der Roboter auch auf einer mobilen Plattform montiert werden. Ralf Winkelmann, Geschäftsführer Vertrieb, sieht zudem einen wachsenden Markt für MRK-Applikationen. Laut seiner Prognose entwickeln sich die grünen Maschinen vom Einzel- hin zum Massenprodukt.

Stärken opfern

Bevor sich Anwender für einen MRK-fähigen Roboter entscheiden, müssen sie sich jedoch darüber im Klaren sein, dass sie einen Teil der Stärken eines klassischen Roboters aufgeben, etwa die Geschwindigkeit. Dies gibt Robert Korte, Regional Sales Manager bei Fanuc, zu bedenken. So wollen schätzungsweise 20 % seiner Kunden einen kollaborativen Roboter. Jedoch ist nach seiner Aussage vielen nicht bewusst, dass durch Sicherheitsmaßnahmen die Leistung in einem MRK-Umfeld im Vergleich zu einer klassischen Umgebung sinkt. Gleichzeitig steigt durch die verbaute Sensorik auch der Preis des Roboters, wodurch letztendlich nur etwa jeder zehnte der anfragenden Kunden auch tatsächlich eine MRK-Variante kauft.

Intelligenten Schaumstoff und was es noch auf der Hannover Messe zum Thema MRK zu sehen gab, erfahren Sie auf Seite 2.

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