Pilz SafetyEYE: Mensch-Roboter-Kollaboration. Aber sicher!

Welche sicherheitstechnischen Aspekte es bei einer direkten Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine zu beachten gilt, hat die Firma Pilz als anerkannter „Safety & Robotics Expert“ in einem 15-seitigen MRK-White Paper zusammengefasst.

Die ISO 8373 definiert einen Industrieroboter als automatisch gesteuerten, frei programmierbaren Mehrzweck-Manipulator, der in drei oder mehr Achsen programmierbar ist und zur Verwendung in der Automatisierungstechnik entweder an einem festen Ort oder beweglich angeordnet sein kann. Bei der technischen Umsetzung von Roboterapplikationen kommt der sicheren Sensorik eine Schlüsselrolle zu.

Wenn sich Mensch und Roboter einen gemeinsamen Arbeitsraum teilen, dann wird versucht, die Sicherheit der Applikation durch Sicherheitskomponenten und -funktionen im oder am Roboter unterstützend zu realisieren. Beispielsweise werden sichere Bewegungsfunktionen im Roboter mit Nahfeldsensoren, mit integrierter Momentenüberwachung im Roboter oder mit einer den Roboter umhüllenden taktilen Sensorik kombiniert. Während taktile Sensoren eine Berührung registrieren, können kapazitive, also berührungslos wirkende, Sensoren erkennen bevor es zur Kollision kommt.

Bei der technischen Umsetzung von Roboterapplikationen kommt der sicheren Sensorik eine Schlüsselrolle zu.

Sensoren für einen sicheren Zugang

Wenn das Eingreifen des Menschen in den Produktionsprozess prinzipiell nicht notwendig oder unerwünscht ist, werden Maschinen und Anlagen mit mechanischen räumlich trennenden Schutzeinrichtungen umgeben und mit einer entsprechenden Sensorik abgesichert. Je nach Anforderung, Einbausituation und applikativen Randbedingungen kommen verschiedene Betätigungsprinzipien und Bauarten zum Einsatz: Berührungslos sichere magnetische Sensoren stellen bei verdecktem Einbau eine sehr wirtschaftliche Lösung zur Absicherung von Schutztüren dar, während sichere RFID-basierte Sensoren, z. B. der Sicherheitsschalter PSENcode, eine maximale Freiheit bei der Montage ermöglichen und höchsten Manipulationsschutz gewährleisten.

Wenn Schutzeinrichtungen zum Beispiel bei engen Platzverhältnissen nah an einer gefährlichen Bewegung platziert werden müssen, besteht die Gefahr des gefährlichen Nachlaufs. Hier ist die Verwendung einer sicheren Zuhaltung unbedingt notwendig. Mechanische Zuhaltungen mit Federkraftverriegelung wie beispielsweise PSENmech oder integrierte sichere Schutztürsysteme wie PSENsgate, PSENmlock und PSENslock übernehmen diese Aufgaben.

Kamerabasierte Sicherheit für MRK

Kamerabasierte Verfahren wie das SafetyEYE sind in der Lage, Schutzfelder und -räume mehrdimensional sicher zu überwachen. Solche Sensorsysteme eröffnen durch ihr 3D-Funktionsprinzip neue Möglichkeiten in der Applikationsgestaltung. Zudem lassen sich Schutzraum-Anordnungen bei jedem Prozessschritt erneut anpassen.

Durch die Kombination eines sicheren Roboters mit einem sicheren 3D-Kamerasystem mit einer intensiveren Kommunikation ist es möglich, verschiedene, strikt voneinander getrennte Prozessschritte miteinander zu verschmelzen und zu optimieren: Der sichere Roboter kennt seine sichere Position, seine sichere Geschwindigkeit und seine sichere Bewegungsrichtung. Das sichere Kamerasystem kennt die Position von Objekten (Menschen) im Umfeld des Aktionsradius des Roboters. Das bedeutet: Das Gesamtsystem kann deutlich flexibler reagieren. Unnötige Stillstandzeiten werden vermieden, wodurch sich die Produktivität der Anlage erhöht.

Weiterentwicklungen in der Sensorik

Da der Sensorik auch weiterhin eine Schlüsselrolle bei der Absicherung von Roboterapplikationen zukommen wird, arbeitet Pilz mit umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten an der Gestaltung der Zukunft mit. Bestes Beispiel dafür ist die Sicherheitsschaltmatte PSENmat – eine Eigenentwicklung, die auf der letzten SPS IPC Drives präsentiert wurde. Die taktile Sensorik dieser u. a. für Sicherheits- und Steuerungsaufgaben in der Robotik gedachten Trittmatte basiert auf einer vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF entwickelten Technologie. Die Trittmatte detektiert die Position und Bewegungsrichtung des Menschen und übermittelt die Daten an die Robotersteuerung, um ungewollte Kollisionen zwischen Mensch und Maschine zu verhindern. Zusätzlich wird die Position des Menschen als Heatmap auf einem Monitor angezeigt.

Die beiden Forschungsprojekte KonKaMis und Insero3D, in denen Pilz als Projektpartner aktiv war, führten ebenfalls zu Eigenentwicklungen: Mit den daraus entstandenen kompakten Stereokameras ist eine Hinderniserkennung in Echtzeit möglich ist, um Kollisionen zwischen Mensch und Roboter zu vermeiden. Die Softwarebausteine für diese dynamische Hinderniserkennung arbeiten auf Basis des Robot-Operating-System (ROS). Die Kameras sind am Bedienpult mit Blick auf die Roboterapplikation montiert. Die Datenübertragung an die Robotersteuerung zur Bahnplanung erfolgt über einen ROS-Knoten. Damit zeigt Pilz, dass die bislang aus dem Forschungsumfeld bekannte Programmierumgebung auch in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Die Roboter können flexibel Werkstücke transportieren und sowohl statischen als auch beweglichen Hindernissen ausweichen.

Sensorik-Vortrag auf der Motek

Da es DEN sicheren Roboter oder DIE sichere Sensorik – sprich die Universallösung für sämtliche Anwendungsfälle – zumindest bis dato nicht gibt (und voraussichtlich auch nie geben wird), ist für jede Applikation eine eigene, eingehende sicherheitstechnische Betrachtung erforderlich. Wie dies funktioniert ist ebenfalls im MRK-White Paper von Pilz beschrieben.

Weitere Informationen zum Thema „Sichere Sensorik für Roboter-Applikationen“ zu hören, gibt es auch im Rahmen des Fachforums Sicherheit + Automation auf der Stuttgarter Motek, das am 8. Oktober in Halle 8, Stand 8340, stattfindet. Der Pilz-Vortrag beginnt um 13 Uhr.

Motek

Halle 8, Stand 8116