Integrator für Leichtbauroboter und MRK-Systeme AFE MENSCH-ROBOTER-KOLLABORATION (MRK) ALS BASIS FÜR INDUSTRIE 4.0. integrated by FAUDE

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1 Integrator für Leichtbauroboter und MRK-Systeme S AFE MENSCH-ROBOTER-KOLLABORATION (MRK) ALS BASIS FÜR INDUSTRIE 4.0 integrated by FAUDE

2 INHALTSVERZEICHNIS EINLEITUNG IM DUETT KOMPLETT! 4 KAPITEL 1 Mensch, Roboter! Mensch-Roboter-Kollaboration als Basis einer wandelbaren Fabrik 6 KAPITEL 2 Das Beste mit zwei Welten 10 KAPITEL 3 Aufgabenfelder für MRK KAPITEL 4 Rechtliche Anforderungen KAPITEL 5 Leichtbauroboter und MRK-Systeme von FAUDE KAPITEL 6 Der Mensch in der Produktion KAPITEL 7 Quo vadis MRK? Die Koexistenz von Mensch und Roboter am Arbeitsplatz ist längst keine Vision mehr. Wie eine echte Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) industriell realisiert wird, zeigt diese Broschüre von FAUDE, die insbesondere auf die technischen wie auch rechtlichen Rahmenbedingungen einer MRK eingeht und zudem eine Orientierung bezüglich einer MRK-Vorgehensweise gibt. Chancen wie auch Potenziale von MRK-Applikationen sind skizziert, die Produktionen wandelbar und flexibel machen. 2 3

3 MENSCH, ROBOTER! MENSCH, ROBOTER! Die zaunlose Zusammenarbeit zwischen Roboter und Mensch ist längst real. Als Prämisse gilt das sichere Wahrnehmen sämtlicher Bewegungen des Menschen durch den Roboter inklusive den technischen Schutzfunktionen. Seit der Definition des Roboters als automatische, programmierbare Fertigungsmaschine, die dem Menschen Dienste erfüllt, hat sich die Rollenverteilung gewandelt. Heute setzt die Produktion auf eine Interaktion von Mensch und Roboter, die die Fertigung flexibel gestalten soll. Im Arbeitsraum herrscht eine multisensorielle Überwachung, die die Zusammenarbeit sicher gestalten soll, Kollisionen frühzeitig erkennen und auch mögliche Verletzungen der Mitarbeiter ausschließen muss. In der unmittelbaren Roboterumgebung sind statische Hindernisse sowie fallen diese Systeme unter den Geltungsbereich der Maschinenrichtlinie 2006/42 EG und benötigen immer eine Risikobeurteilung der jeweiligen Applikation. PARALLEL ABLAUFENDE AR- BEITSSEQUENZEN MIT MRK sich permanent verändernde, dynamische Bewegungen zu detektieren. Sichere Kinematiken ergänzen das Schutzspektrum. Registriert der Roboter ein unerwartetes Hindernis, so verlangsamt sich seine Bewegung oder der Roboter bleibt stehen, so dass keine Kollision entsteht bzw. nur eine leichte Berührung des Menschen erfolgt nur so bleibt in einer neuen Arbeitswelt eine gegenseitige Partnerschaft, die Partner schafft! Hinweisschild Kollaborierendes Robotersystem Die typischen Voraussetzungen für eine Mensch-Robotik-Kollaboration (MRK) auf einen genau definierten gemeinsamen Arbeitsbereich beziehen sich auf vier Schutzprinzipien der MRK, die in den Normen DIN EN ISO Industrieroboter Sicherheitsanforderungen I II Klassisch eingehauster Industrieroboter Industrieroboter ohne Schutzzaun Im industriellen Aktionsfeld einer Mensch-Roboter-Interaktion tummeln sich diverse Kombinationen, die es zu unterscheiden gilt. Kollaborierende Roboter arbeiten Seite an Seite mit Produktionsmitarbeitern, um die Qualität zu verbessern sowie die Teil 1 und 2 aus dem Jahr 2012 verankert sind. Darin sind der sicherheitsgerichtete und überwachte Stillstand, die Handführung, die Geschwindigkeits- und Abstandsüber- III Mensch-Roboter-Kooperation mit getrenntem Wirkungs-/Arbeitsbereich (Sicherheitsabstände) Effizienz der Fertigung zu erhöhen. Diese Leichtbauroboter, die Lasten von bis zu 14 Kilogramm bewegen können, sind für das direkte Umfeld des Menschen sicher zertifiziert, ohne dass weitere Schutzmaßnahmen notwendig sind. Wirkende Kräfte werden im Fal- wachung sowie die Leistungs- und Kraftbegrenzung definiert. Mittlerweile haben Unternehmen wie FAUDE die Vorgehensweise bei der Planung und Umsetzung von IV Mensch-Roboter-Kooperation mit überschneidendem Wirkungs-/Arbeitsbereich le einer Kollision deutlich abgemildert. Als Serviceroboter übernehmen sie körperlich belastende oder monotone Arbeiten, beispielsweise typische Pick and Place -Aufgaben oder das Handling zwischen verschiedenen Produktionsschritten. Allerdings besteht MRK-Applikationen professionalisiert. Gerade der Druck, die heutigen Produktionsprozesse auf die sich ständig verändernden Herausforderungen des Marktes umzu- V Reale Mensch-Roboter-Kollaboration zur Erfüllung der Normen, Vorschriften und Verordnungen ein Bedarf an praktischen stellen, verleiht der MRK als Hebel für flexible Systeme in Handlungsanleitungen für Hersteller, Systemintegratoren und Betreiber. Laut der DGUV Produktionsanlagen immer mehr Rückenwind. 4 5

4 DAS BESTE MIT ZWEI WELTEN DAS BESTE MIT ZWEI WELTEN MRK UND DIE WANDELBARE FABRIK Die Herstellung kundenindividueller (Serien-)Produkte mit niedrigen Losgrößen verlangt geradezu nach einer schnellen Änderung der Produktionsanlagen und deren Intra-Logistiksystemen. Gefragt sind flexible Materialflusskonzepte und umstellbare Fördertechnologien, die der Forderung nach hoher Automation in flexiblen und wandlungsfähigen Produktionsprozessen gerecht werden. gen auszugleichen. Ein einzelner Mensch kann gleich bis zu acht Roboter überwachen und betreuen, völlig ohne Schutzzaun. Agile und adaptive Robotersysteme mit flexibleren Sicherheitsfunktionen für die sich verändernden Schutzanforderungen sind im Kommen und MRK gehört in der Industrierobotik zum klaren Wachstumsfeld. INDUSTRIEROBOTIK & INDUSTRIE 4.0 In der Fabrik der Zukunft bestimmen intelligente Betriebsmittel die adaptive Produktion. Sie kommunizieren mit dem Produkt und sollen den Herstellungsprozess selbstständig steuern. Das bedeutet, dass bei Industrie 4.0 das zu fertigende Produkt nur ganz grob bezüglich seiner Einzelteile, seiner Fügefolgen und Fügeprozesse definiert werden kann. Im Rückschluss bedeutet das eine extrem hohe Adaptionsfähigkeit der Betriebsmittel und damit kommt dem Industrie-Roboter eine ganz neue Funktion und Aufgabe zu, die den flexiblen Materialfluss innerhalb des Produktionsprozesses steuern und stationäre Ablagen- und Werkzeug-Technik ersetzen muss. Eine mobile Teilezuführung fällt dann in das Aufgabengebiet der Industrierobotik. In der Montage müssen die Industrieroboter die Fügeprozesse variabel und ortsflexibel zur Verfügung stellen. Innerhalb eines hoch individualisierten Produktionsablaufes sind das völlig neue Aufgaben der Roboter, in denen MRK eine zentrale Rolle spielen wird. Statischer Materialfluss und feste Fügefolgen, die zentral gesteuert werden, gehören somit der Vergangenheit an. Es ist nicht unsere Aufgabe, die Zukunft voraus zu sagen, sondern auf sie gut vorbereitet zu sein. Perikles Für Mensch-Roboter-Kooperationen besteht insbesondere in der Montage ein großes Potenzial, da hier der Automatisierungsgrad noch nicht ausgeprägt genug ist und zudem die Mobilität ein wichtiger Faktor ist, um flexibel auf die Anforderungen des Marktes reagieren zu können. Mit Robot-Farming, also ortsflexiblen Robotereinheiten, hält man einen Schlüssel zur wandelbaren Fabrik der Zukunft in der Hand. Die Automobilindustrie bedient sich bereits diesen skalierbaren und kurzfristig einsetzbaren Konzepten, um Produktionsschwankun- 6 7

5 DAS BESTE MIT ZWEI WELTEN FAUDE ALS MRK-WEGBEREITER Komponenten eines MRK-Systems: ARBEITSWELT 4.0 MIT LEICHTBAUROBOTERN Arbeiten Mensch und Roboter Hand in Hand, so bedarf es bei heutigen MRK-Applikationen einer technologischen hinweg abfedern zu können, bedarf es einer Steuerung der Produktionseffizienz. Leichtbauroboter oder MRK-Roboter Greifer mit Greifkraftsicherung, großen Radien und ohne Kanten oder Nutzung von 3-D-Druck bei Vakuumsaugerapplikationen Auf den Bediener angepasste Software HMI-Oberfläche LBR iiwa Der Sensitive für Mensch-Roboter- Kollaboration Vorgehensweise, die die direkte Zusammenarbeit erst Mit realen MRK-Applikationen bekommt Passendes Zubehör wie eine robotergerechte Medien- möglich macht. Diese von FAUDE vorgegebenen Hand- man den nötigen Spielraum, der wandel- führung, die vor Kabelknicken und Kabelbrüchen lungsanleitungen gewähren einen fundierten und konsolidierten Prozess zur Implementierung von passenden MRK-Lösungen in bestehende Anlagen, ohne den laufenden Betrieb zu beeinträchtigen. Erfolgt die Integration und Investition stufenweise, so gelingt die MRK-Integration mit den erforderlichen Komponenten und Systemen. Gerade der vorherrschende Trend einer Losgröße 1 erfor- Ob Leichtbau- oder MRK- Roboter, ob mit Kamerasystem oder ohne FAUDE findet als neutraler Systemintegrator für jede Realisierung die passende MRK-Anwendung. schützt, ein Schutzring, der Ecken und Kanten abdeckt, Beleuchtungen, die anzeigen, wenn der Roboter losfährt, u.a. Zuführsysteme, die den Anforderungen der TS15066 genügen 3-D-Kollisionsschutz mit aktiver Schutzhaut: Für den UR5-Leichtbauroboter hat Faude diese Schutzschicht entwickelt, die Unfälle nicht nur dämpfen, sondern UR5 Der Bedienerfreundliche dert von der Produktion eine Flexibilität, deren Prozess- baren Fabrik personell und technologisch auch verhindern kann strukturen einer permanenten Veränderung unterlegen näher zu kommen. Damit Faktoren wie Bei ein paar Leichtbaurobotern sind diese Optionen sind sowohl für Mensch als auch Maschine. Um einer Stückzahl, Typenvielfalt und Kosten pro- heute schon im Standard dabei Volatilität in der Nachfrage über alle Produktionsstufen duktionstechnisch beherrschbar bleiben. Optional sind: Kamerasystem wie das Flexvison von FAUDE für die NOTWENDIGE KOMPONENTEN EINER SICHEREN MRK-PERIPHERIE Industrielle Bildverarbeitung in 2-D / 3-D, z.b. für die Erkennung der Bauteile Sensitive Sensorik, wie die Software von Artiminds mit einem Kraft- Momenten- Sensor, bei der ein Roboter ABB yumi Der Zweiarmige fühlen kann Als neutraler Systemintegrator sieht FAUDE für die Rea- Im Vordergrund steht dabei immer die Einen autonomen Messwinkel: Dabei vermessen vier lisierung einer passenden MRK-Anwendung die genaue passende wirtschaftliche Lösung, die die Ultraschallsensoren im Messwinkel die Positionen der Prüfung und Auswahl der Arbeitsstationen inklusive einer Übernahme von körperlich belastenden gestapelten KLTs im Raum. Ein Kompakt-PC speichert stufenweise geplanten Investition, um die notwendigen Arbeiten und monotonen, ungünstigen alle Daten, berechnet die absolute Position zum Ro- Komponenten eines MRK-Systems in die laufende Produktion zu integrieren. Der sichere Betrieb von Leicht- Tätigkeiten fokussiert. boter und sendet dies dem Roboter. Die Funktionsweise entspricht einer Cloud FANUC CR35iA Der Kräftige baurobotern und Leichtbauroboter in MRK sind seit 2010 Schwerpunkte, die zu einer eigens geschaffenen normgerechten Sicherheitstechnik führten. Darüber hinaus bietet FAUDE noch weitere Komponenten an, um ein mehr Flexibilität und Taktzeit zu realisieren. integrated by FAUDE 8 9

6 KAPITELRUBRIK AUFGABENFELDER FÜR MRK Der Gang durch die Produktionslinien offeriert eine Vielzahl an teilautomatisierten, manuellunterstützten Aufgaben. DIE MRK-TO-DO-LISTE Von FAUDE detektierte Arbeitsplätze, die auf eine reale MRK-Peripherie transformiert wurden, sind beispielhaft für weitere Tätigkeiten in der Produktion, die sich am Arbeitsplatz gemeinsam von Mensch und Roboter sicher erledigen lassen. Bezüglich Peripherie, verwendeter Komponenten und Umgebung herrschen individuelle Bedingungen vor, die es immer für eine MRK-Vorgehensweise zu prüfen gilt. Mit inbegriffen sind von FAUDE immer Projektierung, Schulung und Inbetriebnahme vor Ort sowie die CE-Kennzeichnung inklusive Dokumentation der Automatisierungslösung. Die Aufgabenfelder im Überblick: Beladen und Entladen von Werkzeug-Maschinen Verschrauben Befetten und Beölen an automatisierten Stationen Bewegen und Zuführen von Bauteilen Prüfen und Messen von Geräten und Anlagen Peripherie, Komponenten und Umgebung müssen für eine MRK-Vorgehensweise geprüft werden

7 AUFGABENFELDER FÜR MRK BELADEN UND ENTLADEN VON WERKZEUG-MASCHINEN VERSCHRAUBEN MRK-Check Wie hoch ist das Bauteilgewicht? Hat das Bauteil Ecken und Kanten und muss zusätzlich abgesichert werden? Welche Bewegung muss der Roboter durchführen? Wie schnell ist die Bewegung? Gibt es Klemm- oder Quetschkanten? Ist der Roboter MRK-tauglich? Ist der Greifer MRK-tauglich, mit einstellbarer Greifkraft und großen Radien? Ist die Zuführung MRK-gerecht? Die Summe aus Leichtbauroboter mit Schraubeinheit und Kamerasystem, E-Schrauber, Haltesystem und Schrauberbit ergibt eine MRK-Station zum sicheren Verschrauben ohne jegliche Verletzungsgefahr für Mitarbeiter. Clou ist die kleine Schraubeinheit am Schrauber, deren Schraubklinge mit überfederter Hülse ausgestattet ist inklusive Kollisionsschutz. Alle Normen und Voraussetzungen für einen kollaborierenden Betrieb mit dem Menschen sind erfüllt, sowohl EN-ISO , EN-ISO als auch die technischen Spezifikationen der Berufsgenossenschaft TS Im Ablauf wird das Werkstück vom Förderband am Bearbeitungsplatz indexiert ausgehoben. Anschließend fährt der Roboter mit Schraubeinheit auf die Bildaufnahmeposition, wobei für die exakte Schrauberposition zuerst die Positionsdaten ermittelt und dann mit der aktuellen Roboterposition verrechnet werden. Dann erfolgt die Verschraubung aller Schrauben in der richtigen Reihenfolge und mit dem korrekten Drehmoment. MRK-Check Wie ist die Verschraubeinheit abgesichert, mit Überfederung oder Schutzkappe? Gibt es Klemm- oder Quetschkanten? Kann eine Hand oder ein Finger zwischen Werkstück und Schraube kommen? Wie schnell wird die Schraube zugeführt? Ist der Roboter MRK-tauglich? Wird eine zusätzliche Absicherung benötigt? Die hochflexible Beschickung von Werkzeugmaschinen gelingt z.b. mit dem FAUDE FIPS-Leichtbauroboter von Universal Robots, der durch die autonome Steuerung mit graphischer Simulation den Ablauf visualisiert und so hilft, Fehler und Kollisionen zu vermeiden. Dabei steht FIPS für die Eigenschaften, die eigentlich eine Anwendung erfüllen sollten Flexibel, Innovativ, Preiswert und Sicher! FIPS Flexibel Innovativ Preiswert Sicher 12 13

8 KAPITELRUBRIK MRK-Check Wie ist die Dosiernadel abgesichert? Gibt es Klemm- oder Quetschkanten? Kann die Hand zwischen Werkstück und Dosierung kommen? Wie schnell ist die Bewegung? Ist der Roboter MRK-tauglich? Wird eine zusätzliche Absicherung benötigt? BEFETTEN UND BEÖLEN AN AUTOMATISIERTEN STATIONEN Zum Aufbringen von unterschiedlichen Medien wie hochviskose dickflüssige Fette oder niedrigviskose dünnflüssige Öle hat FAUDE ein Dosiersystem für kollaborierende Roboter entwickelt. Mit Hilfe des FIPS-Leichtbauroboters von Universal Robots und eines speziell angefertigten Nadel-/Dosiersystems wird eine kontinuierliche Prozessbeobachtung und -überwachung durch den Mitarbeiter gewährleistet. Weitere Effekte sind Steigerung der Prozessqualität, verbesserte Arbeitsergonomie bei gleichzeitig niedriger Komplexität, niedrigere Investitionskosten und eine hohe Flexibilität. In dem energieeffizienten Platzierungsprozess der Beölpunkte wird das Werkstück an der Roboterstation indexiert ausgehoben. Daraufhin fährt der Roboter mit dem am Roboterkopf befestigten Dosiersystem auf die einzelnen Beölpositionen. Schutztechnisch kann es durch die sphärisch gelagerte Dosiernadel weder zu Verletzungen noch Kollisionen mit Körper- oder Bauteilen kommen. Bauteil- oder Positionstoleranzen sind durch die spezielle Lagerung ausgeglichen. Nach jedem Zyklus fährt der Roboter zur Kalibrierposition, um die Prozesssicherheit der Nadelpositionierung zu gewährleisten

9 AUFGABENFELDER FÜR MRK BEWEGEN UND ZUFÜHREN VON BAUTEILEN PRÜFEN UND MESSEN VON GERÄTEN UND ANLAGEN Pick&Place-Handhabungsaufgaben realisiert FAUDE mit einem kollaborierenden Greifer, der die Sicherheitsvorgaben der Spezifikationsnorm für kollaborierende Roboter erfüllt. Je nach Produkt bedarf es abgestimmter Greifer mit Greiferfingern oder alternativ mit Sauggreifer-System. Beispiele aus der Automobilindustrie setzen beim Zuführen und Bewegen auf die ergonomischen Arbeitsprozesse einer Gesamtlösung mit Greifer und Leichtbauroboter. MRK-Check Wie hoch ist das Bauteilgewicht? Gibt es Ecken oder Kanten am Bauteil? Welche Bewegung muss der Roboter durchführen? Wie schnell ist die Bewegung? Gibt es Klemm- oder Quetschkanten? Ist der Roboter MRK-tauglich? Ist der Greifer MRK-tauglich, mit einstellbarer Greifkraft und großen Radien? Ist die Zuführung MRK-gerecht? Funktionstests lassen sich mit dem Leichtbauroboter schnell und präzise durchführen. Individuelle Gerätefunktionen lassen sich der Reihe nach testen und das auch im Dauerlauf. Per einfacher Programmierung ist auch ein Anpassen auf einen neuen Geräte- oder Anlagentyp schnell und einfach möglich. Ein Beispiel dafür ist der zweiarmige kollaborierende YuMi von ABB Robotics, mit 7-Achsen an jedem Arm. Er wurde speziell für Anwendungen entwickelt bei denen die zu bewegende Maße gering ist. Ausgestattet mit einem Visionsystem, Greifer, berührungsempfindlicher Sensorik, flexibler Software und integrierten Sicherheitskomponenten, eignet sich der YuMi insbesondere für Prüf- und Messapplikationen in der Elektronikindustrie. MRK-Check Wie schnell sind die Bewegungen? Wie ist das Werkstück gestaltet? Welche Kräfte treten bei einer möglichen Kollision auf? Mit welchem Körperteil kann es zu einer Kollision kommen? Gibt es Klemm-Gefahren? Wie nah kommt der Mitarbeiter dem Roboter? Ist der Roboter MRK-tauglich? Wird eine zusätzliche Absicherung benötigt? 16 17

10 RECHTLICHE ANFORDERUNGEN RECHTLICHE ANFORDERUNGEN DGUV-Voraussetzungen und Checkliste MRK Normen, Rechte, Voraussetzungen WAHRE ODER WARE MRK? Wenn die Rede von einer Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ist, dann fungiert der Roboter als Produktionsassistent, der den Werker in einem gemeinsamen Arbeitsprozess unterstützt. Der Ausschluss der Gefährdung des Menschen durch entsprechende Sicherheitsmaßnahmen ist oberste Prämisse. Zwei Dinge sind aus produktionsrechtlicher Perspektive interessant: Übernimmt das Unternehmen selbst die Entwicklung von Maschinen und Anlagen mit MRK-Komponenten, dann zählt der Aspekt der Maschinensicherheit inklusive CE-Kennzeichnung dazu. Beschafft sich das Unternehmen MRK-Systeme und Beim Kauf haben nackte, kooperierende Leichtbaurobo- setzt diese für die Produktion ein, so stehen die Betrei- ter den Status einer unvollständigen Maschine ohne berhaftung und die Arbeitssicherheit an vorderster Front. CE-Zeichen. Erst die Integration in ihre direkte Arbeitsumgebung und die komplette Risikobeurteilung macht sie zu abgeschlossenen Maschinen. In der Risikobeurteilung sind die Aspekte der MRK maßgebend, also sowohl die sogenannte bestimmungsgemäße Verwendung als auch die vorhersehbare Fehlanwendung durch Personen im Einflussbereich des kollaborierenden Roboters. Ändert sich die konkrete MRK-Anwendung, so erlischt die CE-Konformität bereits wieder

11 RECHTLICHE ANFORDERUNGEN NORMEN UND RECHTE CHECKLISTE MRK Sicherheitsanforderungen bei kollaborierenden Industrierobotern sind ein noch recht neues Feld. Bisher sind in der DIN EN ISO alle Details berücksichtigt, bei der Gestaltung und dem Bau (Teil 1) sowie bei der Integration (Teil 2) von Industrierobotern. In der weiterführenden Spezifikation ISO/TS15066 sind die Sicherheitsanforderungen für den speziellen Anwendungsbereich der kollaborierenden Industrieroboter definiert. Oberstes Ziel der technischen Schutzmaßnahmen ist die Minimierung des Verletzungsrisikos anhand von biomechanischen Grenzwerten für die zulässigen Kontakte zwischen Mensch und Roboter. Es steht nun an, die Ergebnisse der ISO/TS15066 in die überarbeitete Fassung der ISO Norm einfließen zu lassen. Wichtig ist, gemäß der Norm, die Regelung der Geschwindigkeit, Bahn und Kraft des kooperierenden Roboters. Nach heutigem Stand ist die Bewegung von kooperierenden Robotern auf 250 bis 750 mm/s beschränkt ganz im Gegensatz zu den eingesperrten Genossen, die bis zu 10 m/s Fahrgeschwindigkeit haben. Laut BG/BGIA-Empfehlungen für die Gefährdungsbeurteilung nach Maschinenrichtlinie Gestaltung von Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern liegt die maximal zulässige Stoßkraft für den Bereich des Kopfes bei 90N, Grenzwert bei der Flächenpressung ist 20N/cm². In der Praxis sind für diese niedrigen Grenzwerte Zusatzmaßnahmen erforderlich, um die Menschen vor Roboter-Unfällen zu schützen. Für andere Körperbereiche können Lösungsmöglichkeiten wie die Kraftbegrenzung des Roboters, eine Teilumhausung oder die Reduktion der Geschwindigkeit bzw. Vergrößerung der Aufschlagfläche ausreichend sein. Um sicher zu sein, empfiehlt die TS15066 die Kollisionskraft an den Körperteilen zu messen. Für zuverlässige Werte ist das noch recht teure Messgerät und viel Erfahrung notwendig. Der Einsatz von kollaborierenden Robotern in Fabriken bringt große Vorteile für die Industrie und entlastet die Mitarbeiter. Dabei muss jedoch sichergestellt werden, dass die Menschen, die mit den Robotern zusammenarbeiten, so gut wie möglich vor Kollisionen geschützt werden. Entsprechende Messungen zeigen, wo die Gefahren liegen. Um sie entsprechend zu reduzieren, kann es nötig sein, dass ein Roboter nicht mit Einsatz seiner vollen Kraft oder Geschwindigkeit arbeitet. Zum Schutz vor Kollisionen sind die Geräte mit kapazitiven oder taktilen Sensoren sowie teilweise mit Schaumstoffpolstern umgeben. Ebenfalls besitzen die Gelenke eine Krafterkennung, die Hindernisse bei Kollisionen erkennt. DIN EN ISO 10218, TS15066, ISO Norm Mit dem FAUDE-Sicherheitspaket werden Menschen, die mit Robotern zusammenarbeiten, bestmöglich geschütz Aus der Praxiserfahrung heraus, hat FAUDE eine Checkliste entwickelt, die MRK-Anwendungsfälle systematisch identifiziert, analysiert und auch bewertet. Potenzielle Einsatzfelder für MRK-taugliche Montageplätze lassen sich in erster Linie detektieren. Für ein Ranking geeigneter Applikationen ist diese Liste dienlich, da sie neben der Tauglichkeit auch die Montageplanung und -realisierung für die MRK unerlässliche Perspektive zur Maschinen- und Arbeitssicherheit hinterfragt. Liegt eine Risikobeurteilung des MRK-Anwendungsfalls vor? Ja, es kann eine Mensch-Roboter-Kollaboration stattfinden. Nein, es kann keine Mensch-Roboter-Kollaboration stattfinden. Es ist immer die gesamte Applikation zu betrachten (Prozess, Spanner, Greiftechnik, Roboter), d.h. nicht nur der Roboter. Die Sicherheitsfunktionen müssen entsprechend den ermittelten Anforderungen mit geeigneten Komponenten umgesetzt werden. Komplette Risikobeurteilung erfolgt erst in ihrer Arbeitsumgebung. Die Geräte müssen Ein-Fehlersicher sein sowie Performance Level d und Kategorie 3 erfüllen. Sie brauchen als Schutzmaßnahme auf jeden Fall einen Not-Halt und einen 3-stufigen Zustimmschalter. So muss praktisch bei jeder neuen Anwendung eine neue CE-Erklärung ausgestellt werden. Risikobeurteilung: wird betrachtet, dass bei bestimmungsgemäßer Anwendung keine Kollisionen mit Hals und Kopf sowie kein Einklemmen möglich sind. Die nötigen Sicherheitsabstände müssen platzseitig im Betrieb gegeben sein. 20

12 KAPITELRUBRIK LEICHTBAUROBOTER UND MRK-SYSTEME VON FAUDE Der Leichtbauroboter unendliche Weiten W ir schreiben das Jahr Dies realisieren. Daher zählt nur die Gesamt- sind die Abenteuer von FAUDE, applikation inklusive Greifanwendung, die das mit seiner 40 Mann starken Aufschluss gibt über die Stufen der Zu- Besatzung unterwegs ist, um Produktionsstätten mit sammenarbeit von Mensch und Roboter. Leichtbaurobotern zu durchdringen und die Arbeitswel- Angefangen bei der Koexistenz über die ten zu revolutionieren. Damit der Mensch in neue Tätig- sequenzielle Zusammenarbeit bis hin zur keitsfelder eintaucht, die mit und auch neben einem Ro- wirklichen Kollaboration. Dafür sind inter- boter bisher noch unbekannt waren. ne Kraftregelungen und individuell justierbare Sicherheitsfunktionen nötig. FAUDE als neutraler Integrator Unabhängig von der Marke des Leichtbauroboters sieht FAUDE die MRK-Applikation als wirtschaftlich umsetzbare 22 FAUDE ermöglicht Ihnen eine wandel- Lösung. Erst nach erfolgreich abgeschlossener Risikoana- bare Fabrik auf dem neuesten Stand lyse ohne oder nur mit minimalen Schutzvorrichtungen der Technik, Industrie 4.0. lässt sich das korrekte Einrichten von MRK-Anwendungen Dirk Thamm, Geschäftsführer von FAUDE 23

13 DER MENSCH IN DER PRODUKTION DER MENSCH IN DER PRODUKTION Des Werkers bester Assistent Es bleibt auch in Zukunft die Frage nach einer passenden und gleichzeitig flexiblen Methodik, den optimalen manuellen Arbeitsanteil mit dem wirtschaftlichen Gesamtautomatisierungsgrad in der Produktion zu harmonisieren. Die MRK ist hier ein weites Chancenfeld, Sicherheitskonzepte, MRK-geeignete Roboter-, Sensor- und Werkzeugsysteme sowie computergestützte Planungswerkzeuge zur zielgerichteten Auslegung von Zellen-, Linien- sowie Standort- und Fabrikstrukturen zu entwickeln. Zunächst steht einmal an, geeignete Schnittstellen und Bedien-Interfaces für die Roboter zu realisieren, die ein intuitives, effizientes und zu jedem Zeitpunkt sicheres gemeinsames Arbeiten von Mensch mit/neben Maschine ermöglichen. Bleibt eigentlich nur noch zu klären, wer was als Werker oder Assistent erledigen wird und wer sich verantwortlich zeigt, den Nachwuchs auf MRK zu schulen. MENSCH-ROBOTER-KOOPERATION SICH ERGÄNZENDE KOOPERATIONSPARTNER In kommenden Zeiten einer intelligenten Produktion bleibt als Kons- kommunikativen Fähigkeiten des Menschen zu kombinieren, dann ist die MRK sogar ein Unterstützungssystem für ältere oder eingeschränkte SCHWACHER PARTNER STARKER PARTNER tante der Mensch, der die Prozesse flexibel steuert und reguliert. Mit der Kraft, Mitarbeiter in der Produktion. Handhabung komplexer Bauteile Genauigkeit und Unermüdlichkeit technischer Systeme verändern und erweitern sich die Tätigkeitsspektren Mensch und Maschine rücken in einem Arbeitsraum Flexibilität bei der Aufgabenbearbeitung enger aneinander. Ihre vereinten Fähigkeiten ermöglichen kürzere Produktionszyklen und steigende Variantenvielfalt der Montage komplexer Bauteile Produkte. Die Konsequenz: eine wandelbare Fabrik. Bis zu dieser Vision sind technische Assistenzsysteme vonnöten, die eine effizi- Integrierte Prozesskontrolle ente Mensch-Roboter-Kollaboration gewährleisten. Ein Duett komplett, das uns Menschen qualifizierter, länger und alters- Handhaben scharfkantiger, schwerer Lasten gerechter arbeiten lässt und zudem der demografischen Entwicklung in die Karten spielt. Wenn es gelingt, die Kraft und die Ausdauer der Roboter in geeigneter Weise mit den hohen sensomotorischen und Die vereinten Fähigkeiten von Mensch und Roboter ermöglichen kürzere Produktionszyklen und steigende Variantenvielfalt der Produkte. MENSCH-ROBOTER KOOPERATION 24 25

14 QUO VADIS MRK? QUO VADIS MRK? KOLLEGE ROBOTER WIRD REALITÄT Derzeit verrichten 1,7 Millionen Roboter ihre Arbeit und bis 2018 sollen es bis zu drei Millionen sein. Damit summiert sich laut den Zahlen des IFR der internationale Marktwert für Robotersysteme branchenübergreifend auf rund 32 Milliarden US-Dollar. Interessant ist im Hinblick auf MRK die durchschnittliche Roboterdichte im produzierenden Gewerbe, die weltweit bei 66 Robotereinheiten pro Arbeitnehmer liegt. MRK ist ein noch kleines Applikationsfeld, jedoch mit der Weiterentwicklung der Digitalisierung und der Sensoren ist zu erwarten, dass Roboter mögliche Kollisionen bereits vor der Berührung des Menschen erkennen und rechtzeitig stoppen oder ausweichen. Diese Erkennung ist heute besonders im Bereich des Greifers noch schwierig, wird aber eines Tages auch Realität sein. Die Entwicklung bei MRK schreitet voran. Dies sieht man auch deutlich an der Firmenentwicklung im Markt: es gibt immer mehr Start-up-Unternehmen, die durch Ihre Software noch mehr aus den gegeben Möglichkeiten machen, wie z.b. die Firma Artiminds, die aus dem KIT Karlsruhe entstanden ist und mit Ihrer Software die Offline-Programmierung möglich macht und mit Modulbausteinen die Programmierung revolutioniert. Inwieweit es in Zukunft möglich sein wird, fertige kooperierende Industrieroboter mit CE-Zeichen zu kaufen, bleibt abzuwarten. Zukünftig werden Roboter mögliche Kollisionen bereits vor der Berührung des Menschen erkennen und rechtzeitig stoppen oder ausweichen. Kooperierende Roboter, die kapazitiv eine drohende Kollision erkennen, existieren bereits. Technisch anspruchsvoll stellt es sich derzeit für die Greifer dar, diese Erkennung zu realisieren. Der Weg, fertig bestückte, kooperierende Industrieroboter mit CE-Zeichen zu produzieren, ist noch fern dazu braucht es einfach noch einer sicherheitstechnischen Bewertung über die Gefährdungsbeurteilung des einzelnen Arbeitsplatzes. Gerade für das Bild einer smarten Fabrik braucht es eine Verschmelzung des Mitarbeiter-Prozesswissens mit dem digitalen Prozessabbild für die sensitiven Leichtbau-Roboter. Das betrifft auch die methodische Unterstützung der Anlagenkonstrukteure, beispielsweise mit Softwaretools zur MRK- gerechten Konzeption ihrer Gesamtanlage. Entsprechende Schulungen für involvierte Mitarbeiter flankieren das MRK-Gesamtbild. Erst dann kann das einfache und intuitive Arbeiten der Kollegen Mensch und Roboter funktionieren.»robot Farming«nur eine Vision? Visionäres»Robot Farming«, bei dem Mitarbeiter Roboter an verschiedenen Orten für unterschiedliche Aufgaben flexibel einsetzen können, treibt die Szenerie. Abhängig von geforderter Stückzahl und Fertigungsumfängen nutzen die Werker innovative Produktionsperipherien ohne Schutzzäune und Vorrichtungen, setzen an den Stationen Roboter nach Bedarf ein und gestalten so moderne Arbeitsbereiche aus kognitive und physische Fähigkeiten des Menschen sind mit der Wiederholgenauigkeit, der Präzision und der Ausdauer der Roboter ideal kombiniert. Dirk Thamm Geschäftsführer von FAUDE Grob geschätzt gab es im letzten Jahr einen MRK- Markt von ungefähr 100Mio., der bis zum Jahr 2020 auf 3 Mrd. ansteigen soll. Voraussetzung dafür ist die Sensibilisierung und auch das Verständnis von real kollaborierenden Robotern. In der Retrospektive würden wir so manche MRK-Applikation nicht mehr so lösen, wie wir es in den Anfängen gemacht haben. Heute reifen die Erkenntnisse zu den ergonomischen Fakten wie Radien, Abstände oder Kräfte, die man dem Menschen zumuten darf. Zusammen mit den fortschreitenden technischen Errungenschaften gehen die sicherheitstechnischen Applikationen immer mehr Hand in Hand mit den Bemühungen, Arbeitskräfte zu entlasten. Bei Volkswagen musste sich der Werker beim Einbau der Glühstiftkerzen Mal am Tag weit nach vorne beugen. Mit der realisierten MRK-Installation gibt es deutlich weniger Arbeitsausfälle durch Rückenschmerzen, das die Controller wie auch Betriebsrat und Berufsgenossenschaft honorierten. Und der Mitarbeiter erfreut sich ob der Tatsache, dass sein Arbeitsplatz durch den Roboter ergänzt und nicht ersetzt wird. Aus Sicht des Volkswagen Konzerns katalysiert die Fokussierung der Arbeitsstationen auf eine Mensch-Maschine-Kooperation den Prozess zur vollautomatisierten Produktion. Durch die intelligente und vor allem sichere Kooperation ist ein sehr hoher Grad von adaptiver Flexibilität erreichbar, da der intuitiv agierende Werker zumindest heute noch sich wesentlich schneller auf neue Aufgabenstellungen einstellen kann als der Roboter. Durch die konsequente Zusammenarbeit mit dem Menschen lernt aber auch der Roboter, mehr Aufgaben nach und nach autark ohne Hilfe des Menschen selbstständig auszuführen. Das sichere Miteinander mixt dann die Aufgaben, wobei meines Erachtens der Roboter im Automatik-Betrieb selbstständig Teilaufgaben innerhalb der Produktionssequenz übernimmt und dem Menschen als intelligenter Manipulator dient, der schwere oder großflächige Teile trägt und vom Werker direkt und kraftgeführt bewegt wird

15 FAUDE Automatisierungstechnik GmbH Max-Planck-Str Gärtringen Tel: / Fax: / Impressum Herausgeber: FAUDE Automatisierungstechnik GmbH Konzept und grafische Gestaltung: Stadler und Partner Text: Paul Kho Technische Kho-mmunikation Bildquellen: Universal Robots A/S KUKA-Roboter GmbH FANUC Deutschland GmbH Schunk GmbH und Co. KG ABB Automation GmbH Volkswagen AG Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e.v. (DGUV) FAUDE Automatisierungstechnik GmbH Mariya II/Shutterstock.com suns07butterfly/shutterstock.com TATSIANAMA/Shutterstock.com Jirsak/Shutterstock.com saginbay/shutterstock.com Juni Exemplare Rechtlicher Hinweis Diese FAUDE-Broschüre dient als Statusmeldung und verschafft Herstellern von Roboteranlagen eine Übersicht zu relevanten Normen, Gesetzen und technischen Anforderungen bezüglich der Sicherheit bei dem Themenfeld Mensch-Robotoer-Kollaboration. Der Inhalt dieser Publikation erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder auf die exakte Auslegung der bestehenden Rechtsvorschriften. Es ersetzt nicht das Studium der relevanten Richtlinien, Gesetze und Verordnungen.