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Mensch-Roboter-Kooperation

Sicherheit geht vor

03. Dezember 2019, 08:00 Uhr   |  Nikolai Ensslen, Andrija Feher

Sicherheit geht vor
© Synapticon

Die Entwicklung von Cobots zum Commodity-Produkt ist eng verzahnt mit dem Thema Safety in der Robotik – eine Herausforderung, die es effizient zu bewältigen gilt.

Seit mehreren Jahren wird von vielen Herstellern der Aufstieg der kollaborativen Roboter beschworen. In China zog die Nachfrage unlängst an, im europäischen Markt hingegen scheinen Cobots noch auf den großen Durchbruch zu warten. Einer der Gründe: das Thema Safety und die damit verbundenen Kosten. Der hohe Integrations- und Qualifizierungsaufwand und teure Komponenten machten leistungsfähige Safety bislang zu einem der teuersten Features kollaborativer Roboter.

Automatisierung, Fließbänder und auch Roboter gibt es zwar nicht erst seit gestern; früher beschränkten sich die Sicherheitsanforderungen hier jedoch meist auf den Not-Aus-Modus. Dieser musste manuell aktiviert werden oder wurde von einem aufwendigen Zusatzsystem mittels Lichtschranken, Videokamera etc. ausgelöst. Danach galt es, das Fließband oder die Roboterzelle komplett neu zu starten, was größere Verzögerungen zur Folge hatte. Angesichts der zunehmenden Vielfalt der elektronischen Bewegungssteuerung wurden später auch die Sicherheitsanforderungen verfeinert. So sind heute eine Reihe standardisierter Sicherheitsfunktionen zu berücksichtigen, die über das simple Not-Aus weit hinausgehen, und die Sicherheitssysteme müssen schneller reagieren. Zudem gilt es zu beurteilen, ob die jeweiligen Sicherheitsfunktionen für die Anwendung und die verwendete Elektronik geeignet sind. Mit verfeinerten Safety-Anforderungen steigt nicht zuletzt der Entwicklungsaufwand für die Umsetzung in die Praxis.

Robotik-Sicherheitsfunktionen im Bereich der Bewegungssteuerung konzentrierten sich zunächst nur auf das sichere Abschalten des Drehmoments (Safe Torque Off, STO), wozu eine entsprechende Funktion in den Antrieb integriert war. Mensch und Maschine rücken in der Fabrik jedoch immer näher aneinander, weshalb die Maschine noch sensibler reagieren muss. Deswegen wird das Thema Safe Motion, also die Absicherung der laufenden Bewegungssteuerung, immer wichtiger. Die Devise lautet: Menschen dürfen durch Roboter trotz gemeinsamer Arbeitsbereiche grundsätzlich nicht verletzt werden. Moderne Robotik muss daher in Sachen Safety generell mehr können:

  • Die steigende Nachfrage nach Mensch-Roboter-Kollaboration erfordert ein neues Niveau der intrinsischen funktionalen Sicherheit von Roboterarmen. Bei begrenzter Produktionsfläche sind fortschrittliche Sicherheitskonzepte von Vorteil, da Roboterkäfige vermeidbar sind.
  • Autonome mobile Logistik erfährt ein enormes Wachstum. In Fabrikumgebungen, in denen sich Menschen und mobile Roboter nebeneinander bewegen, ist eine fortschrittliche funktionale Sicherheit der Schlüssel für reibungslose Arbeitsprozesse.
  • Die Unterbrechung der Produktion für die Wartung der Maschine kann sehr teuer sein. Die sichere Bewegungssteuerung ermöglicht Systemdesigns, die unterbrechungsfreie Wartungsvorgänge unterstützen, was sich positiv auf die Gesamtbetriebskosten auswirkt.

Die vier Ausbaustufen von Safety

Das Entwicklungsniveau im Bereich Robotik-Safety lässt sich in vier Ausbaustufen unterteilen. Diese sind allerdings nicht zu verwechseln mit den in der Funktionalen Sicherheit gebräuchlichen beziehungsweise standardisierten Performance Leveln (PL), auf die im Folgenden nicht näher eingegangen wird. Grundsätzlich wird in Zukunft von einer Anforderung von SIL3 PLe in den meisten Anwendungen für die Komponenten ausgegangen, auch wenn sich einige Applikationen mit niedrigeren Performance Leveln bereits ausreichend absichern lassen.

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1. Sicherheit geht vor
2. Stufe 1: Standard-Safety
3. Stufe 2: STO (SBC, SS1) über Feldbus
4. Stufe 3: Safe Motion (SLS, SP und SLP)
5. Stufe 4: SLT mit Fokus auf Cobot-Anforderungen

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