InSA

Schutz- und Sicherheitskonzepte für die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter in gemeinsamen Arbeitsbereichen



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Kurzsteckbrief

Im Projekt InSA werden bisher voneinander unabhängige Arbeitsbereiche von Mitarbeitern in der Produktion und von Robotersystemen mit Hilfe von Sensorik überwacht, um Sicherheitsvorkehrungen aufeinander abzustimmen. Das System registriert aktuelle Tätigkeiten und beurteilt anhand des Kontextes und der jeweiligen Situation das Gefährdungspotenzial, das z. B. für Mitarbeiter durch die Bewegungen eines Roboters entstehen kann. Ziel sind die technische Standardisierung solcher kontextorientierter Schutzsysteme und ihre Integration in intelligente Produktionsumgebungen. Damit soll die Wirtschaftlichkeit von Industrierobotern in gemischten Arbeitsumgebungen verbessert werden.

Herausforderung

Roboter und Menschen werden in der Fabrik der Zukunft eng zusammenarbeiten. Bisher findet aus Sicherheitsgründen eine saubere Trennung, z. B. durch entsprechende Sicherheitszäune, zwischen robotischen und menschlichen Arbeitsplätzen statt. Dabei wäre eine enge Zusammenarbeit beider für eine effiziente und reibungslose Produktion enorm hilfreich. Und wenn heute doch Mensch und Maschine zusammenarbeiten, stoppt der Roboter sofort, sobald eine gefährliche Situation erkannt wird. Das hat Folgen. Die Produktion stockt oder kommt ganz zum Erliegen. Was fehlt, sind neue Schutzkonzepte, die eine enge Zusammenarbeit beider Akteure erlauben und den produktiven Betrieb möglichst wenig stören.

Ziel

Im Rahmen des Projekts InSA erarbeiten Forscher ein umfassendes Schutzmodell, das den Benutzer eines Roboters und dessen Kontext, seine Umgebung, seine Tätigkeiten und seine Interaktion einschließt. Das System registriert aktuelle Tätigkeiten und beurteilt anhand des Kontextes und der jeweiligen Situation das Gefährdungspotenzial, das z. B. für Mitarbeiter durch die Bewegungen eines Roboters entstehen kann. Ziel sind die technische Standardisierung solcher kontextorientierter Schutzsysteme und ihre Integration in intelligente Produktionsumgebungen. Damit soll die Wirtschaftlichkeit von Industrierobotern in gemischten Arbeitsumgebungen verbessert werden.

Technologien

Ermöglicht wird das durch das intelligente Zusammenspiel verschiedenster Sensorsysteme (Magnetfeldsensoren, Stereokameras, Laserscanner, RFID, Berührungssensoren). Dafür wird der Arbeiter mit einer speziellen Sensorkleidung ausgestattet und von Stereokameras und Laserscannern im Raum erfasst. Anhand der so gewonnenen Informationen errechnet das System Risiken und veranlasst Schutzmaßnahmen, etwa indem ein schwerer Greifarm vor einem ungünstig vorbeilaufenden Arbeiter zurückweicht. Ebenso werden, wenn es der Sicherheit dient, Werkzeuge, wie etwa Schweißgeräte, von dem Roboter anders eingesetzt, Geschwindigkeiten reguliert und Bewegungsabläufe angepasst. Oberste Maxime ist, Mitarbeiter zu keiner Zeit zu gefährden. Die Schutzmechanismen müssen gewissermaßen vorausahnen, was passieren könnte.

Das Projekt geht zudem über die sichere Mensch-Maschine-Interaktion hinaus und befasst sich auch mit der Arbeitsprozessgestaltung und der Akzeptanz von Robotern in der direkten Zusammenarbeit mit dem Menschen. Weiterhin wird versucht, normierte Softwarearchitekturen sowie vorhandene Kommunikations- und Interoperabilitätsstandards zu nutzen, um die neuen Schutzkonzepte möglichst einfach in vorhandene einfügen zu können.

Use Case

Die neuartigen Schutzkonzepte werden in zwei Szenarien demonstriert. Im ersten Szenario arbeiten Mensch und Roboter in der Montage eng miteinander zusammen. Die Bestückung erfolgt durch den Arbeiter, der vorgefertigte Teile an den Roboter zur weiteren Montage übergibt. Hierbei überlappen sich die Arbeitsbereiche von Mensch und Maschine, verlässliche Schutzsysteme sind daher zwingend erforderlich. Das zweite Szenario widmet sich der Wartung industrieller Anlagen. Hierbei betritt der Monteur den Arbeitsbereich von Industrierobotern, die in der Regel nicht für eine Mensch-Roboter-Kooperation vorgesehen sind. Damit ergeben sich deutlich höhere Gefährdungspotenziale als im ersten Szenario, allerdings sind diese zeitlich begrenzt.

Um in beiden Fällen die Produktion so effizient wie möglich zu gestalten, sollte der Roboter zu keiner Zeit stillgelegt werden müssen oder in seiner Tätigkeit zu sehr eingeschränkt werden. Um dies zu gewährleisten, spielt die sensorbestückte Kleidung des Arbeiters eine zentrale Rolle, weil sie im Zusammenspiel mit am Arbeitsplatz integrierten Sensoren Bewegung und Position des Arbeiters exakt erfasst. Anhand dieser Informationen reagiert der Roboter, damit sein Kollege Mensch nicht verletzt wird.

 

Konsortialpartner: neusta mobile solutions GmbH (Konsortialführer), Hubert Schmitz GmbH, ThyssenKrupp System Engineering GmbH, Universität Bremen

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