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Funktionale Sicherheit: Schwerlast-MRK erfordert neue Safety-Ansätze

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Die 'graue' Sicherheit

Mensch-Maschine-Kollaboration Bildquelle: © Keba

Bei der Schwerlast-MRK arbeiten Mensch und Roboter nicht gegenüber oder nebeneinander – sie arbeiten miteinander. Dabei spielt auch die Neu- beziehungsweise Weiterentwicklung der Bedienergonomie eine sehr wichtige Rolle.

Bei der Zusammenarbeit von Menschen und Robotern mit Traglasten von 200 kg und mehr, ist die Sicherheit unabdingbar. Ergo wurde auch die Sicherheitssteuerung KeSafe von Keba speziell für die Schwerlast-MRK nochmals erweitert. Das bedeutet: Der bereits erwähnte Kraft-Momenten-Sensor wird nicht nur im funktionalen, sondern auch im sicheren Teil der Robotersteuerung genutzt. Damit ist das System in der Lage, Kontaktkräfte sicher zu erkennen und das Risiko einer Verletzung auf das nötige Maß zu reduzieren. Die Auswertung der Sensorinformationen im funktionalen wie im sicheren Teil der Robotersteuerung ermöglicht künftig mehr als nur das einfache sichere Stoppen des Roboters. So kann zum Beispiel der Roboter auf Basis der Sensorsignale einem nachlaufenden Band sicher nachgeführt werden und damit das Einquetschen von Personen verhindern. Der Sensor zwischen Roboterflansch und Werkzeug ist jedoch nicht die einzige zusätzliche Maßnahme: Ziel ist es, je nach Aufgabe noch mehr Sensoren wie etwa taktile Schutzhüllen oder sichere Abstandssensoren in den funktionalen und sicheren Teil der Robotersteuerung zu integrieren. Bestenfalls sind das keine Sensoren mit digitalen sondern analogen Signalen, die anstelle eines einfachen Abschaltens wesentlich spezifischere Reaktion erlauben.

Im ersten Schritt werden voraussichtlich taktile Häute mit analogen Signalen am Markt verfügbar sein. Diese würden beim Erkennen einer ungewollten Berührung eine sehr rasche funktionale Reaktion ermöglichen. Damit lässt sich dem Entstehen einer gefährlichen Situation vorbeugen und die Sicherheitsteuerung muss nicht durch Abschaltung reagieren, was die Verfügbarkeit des Systems wesentlich verbessert. Man spricht dabei auch von einer ‚grauen Sicherheit‘ – also funktionalen Systemreaktionen, die das Entstehen von Gefahrensituationen verhindern sollen. So kann in diesem Kontext unter anderem die Information des Vorlaufzeigers – sprich wo sich der Roboter in den nächsten Millisekunden hinbewegen wird – von großem Wert sein. Entfernt sich zum Beispiel der Roboter vom Menschen, so würde sich die potenzielle Gefahr aufheben und es wäre keine gesonderte Reaktion nötig. Blickt man noch weiter nach vorne, so wäre vorstellbar, die bereits vorhandene Information über die künftige Roboterposition/Roboterbewegung mit einem errechneten, wahrscheinlichen Verhalten des Menschen zu kombinieren – Stichwort Künstliche Intelligenz! –, um damit die ‚graue Sicherheit‘ noch wesentlich effizienter zu machen.

Blick ins Testlabor von Keba Bildquelle: © Keba

Blick ins Testlabor von Keba: Um die Mechaniken sicher betreiben zu können, müssen die Motoren mit sicheren Gebern ausgestattet sein. Damit lassen sich diese direkt in die Sicherheitssteuerung einbinden.

Ein letzter, in diesem Kontext wichtiger Aspekt: Die Eigenschaft, dass KeSafe in-tegraler Bestandteil des Steuerungs- und Antriebssystems von Keba ist und dabei funktionale und sichere Steuerung in einer Lösung kombiniert, vereinfacht die Realisierung sicherer MRK-Applikationen und gewährleistet eine hohe Systemverfügbarkeit. Die Bandbreite reicht dabei von sicherer Logik über sichere Einzelachsbewegungen bis hin zu sicheren Robotermechaniken mit bis zu elf Achsen. Auf diese Weise lässt sich die Maschinen- und Robotersicherheit auf einer Steuerung umsetzen ohne dabei auf eine bestimmte Robotermechanik beschränkt zu sein. Konkret stellt die Steuerung Funktionen wie zum Beispiel sichere Zellen, sichere kartesische Geschwindigkeiten und sichere Überwachung von Werkzeugen für unterschiedlichste konfigurierbare Robotertypen zur Verfügung. So lassen sich nicht nur Roboter und deren Werkzeuge in der Safety-SPS abbilden, sondern auch zusätzliche Achsen, mit denen der Roboter selbst bewegt wird oder mit denen er zusammenarbeitet.

Der Bedarf an Schwerlast-MRK-Lösungen jedenfalls ist enorm. Die Bandbreite der denkbaren Anwendungen reicht von Manipulations- und Positionieraufgaben in der Produktion über Bewegung und Positionierung schwerer Werkzeuge in der Automobilindustrie bis hin zur handgeführten Roboteranwendungen im Operationssaal. Eben überall dort, wo der Roboter mit seinen Fähigkeiten schon heute den Menschen tatsächlich unterstützen kann. Zum Teil lassen sich solche Lösungen bereits jetzt auf Basis von Standard-Robotermechaniken und unter Verwendung des  Steuerungssystems KeMotion beziehungsweise den dafür entwickelten Funktionen realisieren. KeMotion stellt hierfür unter anderem eine On- und Offline-Programmierung, vorausschauende Bahnplanung sowie ein dynamisches Robotermodell zur Konfiguration und Steuerung von mehr als 30 verschiedenen Typen von Robotermechaniken zur Verfügung. Auf einer Hardware können dabei bis zu 16 Roboter gesteuert werden – alle abgebildet in einem Projekt und unter Verwendung gemeinsamer Variablen.

Müssen sich Normen ändern?

Um das volle Potenzial der Schwer­ast-MRK ausschöpfen zu können, muss sich sicherlich noch einiges verändern. Vor allem gilt es, unser aktuelles ­Verständnis zu sicheren Steuerungen zu überdenken. Die Vernetzung von nicht sicheren Sensoren, die effektivere Nutzung sowohl der einzelnen als auch kombinierter Sensorinformationen und nicht zuletzt innovative Steuerungsarchitekturen mit wesentlich höherer Verfügbarkeit könnten völlig neue Lösungen für den sicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen ermöglichen. Im Rahmen der aktuellen Normen und Vorschriften ist dies jedoch noch nicht vorgesehen.

Autor:
Alexander Barth ist Sales Manager Europe für Robotik bei Keba.