InSA

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Kurzsteckbrief

Die Kollaboration von Mensch und Maschine birgt große Chancen für die Steigerung der Effizienz in der Industrie. Aktuell besteht bei der Zusammenarbeit jedoch Optimierungspotenzial: Wenn Menschen und Roboter zusammenarbeiten, ist der Roboter aus Sicherheitsgründen von dem Menschen getrennt – beispielsweise durch Sicherheitszäune. Im Fall einer unmittelbaren Zusammenarbeit stoppt der Roboter üblicherweise sofort, wenn er eine kritische Situation erkennt. Infolge kann es zu teuren Produktionsausfällen kommen. Aufgrund der großen Potenziale der Zusammenarbeit von Mensch und Maschine wurde im Projekt InSA ein umfassendes, dynamisches Schutz- und Sicherheitskonzept für die Mensch-Roboter-Kollaboration realisiert. Ziel des Projektes war es außerdem, die Standardisierung solcher Schutzsysteme voranzutreiben ebenso wie ihre Integration in intelligente Produktionsumgebungen. Im Ergebnis verbessert sich die Wirtschaftlichkeit von Industrierobotern bei der Zusammenarbeit mit Menschen.

Szenario

Der Einsatz von Robotern ist von hoher Relevanz für die Industrie 4.0, gerade im Bereich der direkten Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Für eine solche Kooperation bedarf es umfassender Sicherheitskonzepte. Es werden Systeme benötigt, die Arbeiter dynamisch schützen, es ihm also erlauben, sich frei und sicher zu bewegen, wobei der Roboter seine Tätigkeit weiter ausüben kann. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen des Projekts eine interaktive Sensorkleidung entwickelt. Die Sensoren in der Kleidung erfassen die Bewegungen des Trägers. Diese Daten werden mit den Informationen aus anderen Sensorsystemen, wie Magnetfeldsensoren, Stereokameras, Laserscannern, RFID und Berührungssensoren kombiniert. Die Vernetzung der Sensorsysteme zeichnet das Projekt aus. Denn die Kombination verschiedener Systeme ermöglicht präzise und zuverlässige Sicherheitskonzepte, da die Daten aus unterschiedlichen Quellen zusammengeführt und ausgewertet werden.

Darüber hinaus wurden im Projekt normierte Software-Architekturen und bestehende Kommunikations- und Interoperabilitätsstandards identifiziert, durch die Schutzkonzepte in vorhandene Systeme integriert werden können. Das Projekt InSA ermöglicht somit die Vernetzung von einzelnen Sicherheitslösungen aus den Bereichen Sensorik und Kommunikationstechnik. Dadurch kann die jeweils passende Schutzfunktion aktiviert werden, je nachdem, welcher Mechanismus aktuell benötigt wird. Durch die Vernetzung von einzelnen Sicherheitsanwendungen zu einem kontextbasierten Schutzsystem wird die Wirtschaftlichkeit von Industrierobotern in gemischten Arbeitsumgebungen maßgeblich verbessert. Die im Rahmen des Projekts entwickelte Gefahrenerkennung und das darauf basierende Schutzkonzept wurden in Szenarien erprobt. In einem Szenario arbeiteten Mensch und Roboter in der Montage eng zusammen. Im Rahmen des normalen Betriebs erfolgte die Bestückung eines Roboters durch einen Arbeiter, der vorgefertigte Teile an die Maschine übergab. Da es bei solchen Tätigkeiten zu einer Überschneidung von Arbeitsbereichen kommt, sind verlässliche Schutzsysteme zwingend erforderlich.In einem zweiten Szenario wurde die Nutzung von Sicherheitskonzepten in einer Ausnahmesituation erprobt. Im Rahmen der Wartung von industriellen Anlagen betraten Monteure den Arbeitsbereich von Industrierobotern. Da diese Arbeitsbereiche nicht für den Zutritt von Menschen ausgelegt sind, herrscht dabei ein hohes Gefahrenpotenzial – allerdings zeitlich begrenzt. Durch den Einsatz von Sensorik in der Schutzkleidung des Arbeiters und der Umgebung reagierte der Roboter auf die Anwesenheit des Menschen und verlangsamte beispielsweise seine Bewegungen, um den Arbeiter nicht zu verletzen.

Durch den Einsatz der Sicherheitskonzepte wurden in beiden Szenarien die Bewegungen des Menschen exakt erfasst. Die Roboter reagierten entsprechend, wodurch sie nicht stillgelegt werden mussten und die Produktion aufrechterhalten werden konnte. Aufgrund der parallelen Nutzung unterschiedlicher Sensorsysteme wie Magnetfeldsensoren, Stereokameras, Laserscanner, RFID und Berührungssensoren sowie der Verknüpfung der generierten Daten ist eine robuste Erkennung der Bewegungen des Arbeiters in seiner Umgebung möglich. Im Ergebnis entstehen Schutzkonzepte, die den Menschen in seiner Arbeitssituation präzise erfassen und umfassend schützen.

Wege in die Praxis

Durch die im Projekt InSa entwickelten, vernetzten Sicherheitskonzepte entsteht ein umfassender Schutz am Arbeitsplatz. Dies ermöglicht eine sichere Kooperation von Mensch und Roboter in verschiedenen Anwendungsgebieten und erhöht gleichzeitig die Effizienz in gemischten Arbeitsumgebungen, da z.B. Notstopps entfallen. Die ThyssenKrupp System Engineering GmbH nutzt beispielsweise Optimierungsmöglichkeiten in Bezug auf die Flexibilität von Produktionsprozessen, die Erhöhung der Taktzeit durch geringere Unterbrechungen unter anderem zwecks Wartung und die dadurch entstehende Reduzierung der Produktionskosten. Für Anbieter von Schutz- und Funktionskleidung eröffnet die intelligente Sensorik der Arbeitskleidung neue Marktperspektiven im Bereich Mensch-Roboter-Kooperation. Die Erfahrungen aus dem Projekt wurden darüber hinaus in Normungs- und Standardisierungsgremien eingebracht.

Konsortialpartner: neustamobilesolutions GmbH (Konsortialführer), ThyssenKrupp System Engineering GmbH, Hubert Schmitz GmbH, Universität Bremen