Mensch-Roboter Kooperation

Transkript

1 Mensch-Roboter Kooperation als Herausforderung und Lösung Interaktive Roboterprogrammierung vor dem Hintergrund variierender Applikationen Ruth Maria Otto (Dipl. Math. Univ.) Projektconsultant für Robotik und Automation

2 Agenda Kurzer Überblick über Mensch - Roboter- Kollaboration Herausforderungen bei MRK Anwendungen Vorteile Möglichkeiten zur Umsetzung intuitiver Bedienung Beispiele 2

3 Formen der Mensch Roboter Kollaboration keine feste Trennung, virtueller Schutzzaun Kontakt ungewollt, unwahrscheinlich (z.b. durch Lichtschranke) fester Schutzzaun Kontakt ausgeschossen Arbeitsraum des Roboters Arbeitsraum des Werkers Gemeinsamer Arbeitsraum Gemeinsamer Arbeitsraum, aber exklusive Bewegung Kontakt möglich, aber wenn dann nur mit stehendem Roboter z.b. bei Industrieroboter als Handlingsassistent Geteilter Arbeitsraum gewollter Kontakt, gleichzeitige Bewegung (z.b. Handführen) Geteilter Arbeitsraum Kontakt ungewollt, aber möglich Quelle: KUKA Roboter GmbH 3

4 Auswahlkriterien für MRK Applikationen Anlage ist nicht voll automatisierbar (Platz / Applikation / Betriebsrat bzw. Firmenpolitik) Der Arbeitsraum kann nicht komplett durch einen Schutzzaun abgetrennt werden Effizienz- bzw. Qualitätssteigerung durch: Ergonomie Verbesserung Bild: Paralleles Arbeiten von Mensch und Roboter Unterstützung des Menschen durch den Roboter (Abnehmen der Traglast / Übernehmen eintöniger Tätigkeiten / Tätigkeiten, die eine Qualitätssteigerung bewirken) Ist die Taktzeit erreichbar (meist keine deterministische Taktzeit möglich) 4

5 Was ist beim Aufbau einer MRK-Zelle zu beachten? Die aktuelle Norm EN ISO :2011 besagt, dass der Roboter nur eine Komponente in einem Robotersystem und an sich unzureichend für den sicheren kollaborierenden Betrieb ist. Jede Applikation mit kollaborierendem Betrieb muss einer Risikoanalyse unterzogen werden ISO/TS (kollaborierende Industrieroboter) Handführen, Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung, sicherheitsgerichteter Stopp, Leistungs- und Kraftbegrenzung Zur Zeit als Empfehlung in Bearbeitung schwächer als Norm, aber eventuell zukünftig Übergang in Norm Es ist immer die Gesamtzelle zu betrachten, nicht nur der Roboter (Applikation, Spanner, Greiftechnik, Roboter). Bild: 5

6 Normen und ISO/TS zur Maschinenrichtlinie (MRL) harmonisierte Normen: Sicherheitsstandards Vermutungswirkung zur Erfüllung der MRL Beschreibt Gefährdungen, die von Industrierobotern ausgehen: elektrische.gefährdungen mechanische Gefährdungen Schreibt Maßnahmen für Konstruktion, Stabilität, Festigkeit, Energiequellen, Schutzeinrichtungen, Sichere Steuerungsfunktionen (Not-Halt, Zustimmung etc.) in PL d Kat 3, Abdeckungen und Benutzerdokumentation vor. Handführung V=f (Nachlauf, Risiko) Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung V const s s min Sicherheits-gerichteter Stopp spezifisch C- Normen z.b. ISO Industrieroboter - Sicherheitsanforderungen s s min V=0 B-Normen z.b. ISO Sicherheit von Maschinen Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen Leistungs- und Kraftbegrenzung allgemein A-Normen ISO Sicherheit von Maschinen Grundbegriffe, allgemeine Gestaltungsleitsätze F F max p p max Bilder: BGHM/UMB 6

7 Herausforderungen bei MRK Anwendungen Sicherheit Roboter Greifer / Werkzeug Zuführung Stopps, Not-Halt, Überwachungen Applikation (z.b. quasistatischer / transienter Kontakt) Quelle: KUKA Roboter GmbH Wechselwirkung aus Produktivität Bedienerfreundlichkeit Unmittelbarer Zusammenhang Berücksichtigung aller notwendigen/nicht notwendigen Eingriffsmöglichkeiten durch den Menschen in der Applikation Vertrauen zur Anlagenbeherrschbarkeit Verständnis und Sichtbarkeit der Unterstützung durch den Roboter 7

8 Vorteile durch MRK Anwendungen Verringerung der körperlichen Belastung für den Werker Nutzung der Absolut- und Wiederholgenauigkeit des Roboters Bild: Nutzung der Sensitivität und der kognitiven Fähigkeit des Menschen Paralleles Arbeiten von Mensch und Roboter ohne räumliche Trennung Verringerung des Platzbedarfs 8

9 Beherrschen von variierende Anforderungen an eine Anlage durch MRK Fähigkeit Erfahrung und Feinfühligkeit des Menschen Bestehende Sicherheitseinrichtungen Bediengeräte wie Roboter, Joystick, Zustimmungstaster, Bedientaster Zusätzliche Funktionen: Manipulation der Roboterbewegung ohne Programmierkenntnisse Freischalten unterschiedlicher Freiheitsgrade Vermeiden von Achsendstellungen und Singularitäten Einsatz von Virtuellen Wänden Gravitationskompensation Bild: 9

10 Beispiele für intuitive Bedienung Teachen von Punkten durch Drucktaster ohne Roboterprogrammiergerät Aufzeichnen von Bahnen zum späteren Abfahren ohne Programmierkenntnisse Gestensteuerung für die Ablaufkontrolle Joystick-gesteuerte Manipulation der Roboterposition Manuelle Positionierung des Roboters Bild: 10

11 Beispiel 1: Fixierung eines Unimag an einem Motorblock bei häufig variierender Position des Großladungsträgers - Aufgabenstellung Universelles Motoren Adapter-Gestell Seite 11

12 Beispiel 1: Fixierung eines Unimag an einem Motorblock bei häufig variierender Position des Großladungsträgers - Umsetzung Einmessen der Kiste über Handführen des Roboters Griff in die Kiste für die Erkennung und die Entnahme der Unimags Handführen des Roboters zur Montage Endposition Gestensteuerung des Roboters im Prozessablauf Mensch-Roboter Seite Kooperation 12 als Herausforderung und Lösung

13 Beispiel 2: Intelligentes Stativ Aufgabenstellung 3D-Vermessung von Bauteilen -> Positionierung der Kamera (Automobil, Luftfahrt Industrie) Häufig variierende Bauteile Bediener muss während der Vermessung außerhalb der Kabine sein Anwender sind Messtechniker, keine Roboterprogrammierer Notwendigkeit einer einfachen Teachfunktionalität Umsetzung Einlernen der Punkte durch manuelles Führen über einen Kraft-Momenten Sensor Kraft-Momenten Sensor zwischen Roboter und Kamera (Detektion von Kollisionen) Notwendigkeit einer Gravitationskompensation Sichere Bewegungsführung (Betriebshalt, Arbeitsräume, Geschwindigkeiten,..) Eigenes, speziell angepasstes Bedienpanel 13

14 Beispiel 3: Trockeneis-Stahlen Aufgabenstellung Gussformen Säubern durch Trockeneisstrahlen Geometrie der Gussformen variiert Einfaches Einlernen der Bahnen durch SafeGuidingPaket Umsetzung Einlernen von Bahnen durch manuelles Führen über einen Kraft- Momenten Sensor Kraft-Momenten Sensor neben dem Werkzeug Möglichkeit zur Demontage des Kraft-Momenten Sensors im Betrieb Sichere Bewegungsführung (Betriebshalt, Arbeitsräume, Geschwindigkeiten,..) Angepasste Benutzeroberfläche auf SmartPad oder Einzeltaster 15

15 Beispiel 4: Qualitätssicherung KGH Aufgabenstellung : Qualitätssicherung Gießerei Kurbelgehäuse Zusätzlicher Anspruch an Ergonomie Verbesserung Roboter als Manipulator Technische Merkmale Bewegung des Roboters durch Joystick, um Bauteil geeignet zu orientieren Dreistufiger, zweikanaliger Zustimmungstaster und Not-Halt am Bediengerät (konform DIN EN ISO 10218) Sichere Bewegungsführung (Betriebshalt, Arbeitsräume, Geschwindigkeiten,..) An- und Abfahrt im Automatikmodus 17