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DER KONSTRUKTEUR 11/2015

DER KONSTRUKTEUR 11/2015

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

AUTOMATISIERUNGSTECHNIK I SPECIAL Robotik in Bewegung Mobile Manipulatoren verlangen spezielle Sicherheitskonzepte Theo Jacobs Manipulatoren auf mobilen Plattformen bieten zahlreiche Möglichkeiten zur flexiblen Automatisierung in der Fertigung und sind zunehmend in Produktionsumgebungen im Einsatz – oft in der direkten Umgebung des Menschen. Wichtig ist daher die Absicherung der Systeme, die schon bei deren Konstruktion berücksichtigt werden sollte. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat zusammen mit Unternehmen verschiedene Sicherheitskonzepte realisiert, die mobile Manipulatoren entsprechend dem jeweiligen Einsatzszenario absichern. Ob für die kleinteilige Logistik und das Kommissionieren, das Einlegen und Entnehmen von Teilen aus Maschinen oder das Durchführen von Prüfaufgaben: Mobile Manipulatoren, die Kombination aus einer beweglichen Plattform und einem Industrieroboter, eignen sich für verschiedenste Anwendungen. Zudem bieten die Systeme durch ihre Mobilität den Vorteil, dass Unternehmen schnell auf aktuelle Bedarfe reagieren und Produktionsumgebungen leicht umstrukturieren können. Diese Flexibilität wird auch im Zuge von Industrie-4.0- Realisierungen immer wichtiger: So setzt der Getriebehersteller SEW-Eurodrive zunehmend auf mobile Montage- und Materialfluss-Assistenten, die einzelne Fertigungsinseln bilden und das starre Fließband ersetzen. Theo Jacobs, Fraunhofer IPA, Stuttgart Anforderungen an die Sicherheit Aus der Kombination von stationärem Manipulator und fahrerlosem Transportfahrzeug ergeben sich neue Anforderungen hinsichtlich der Absicherung Damit mobile Manipulatoren für den Einsatz zugelassen werden, müssen sie, wie alle anderen Maschinen auch, die EU-Maschinenrichtlinie erfüllen. Da mobile Manipulatoren allerdings noch relativ neu auf dem Markt sind, gibt es noch keine speziellen Normen für genau diese Geräte. Zwar ist die Absicherung eines stationären Manipulators alleine nach ISO 10218 Stand der Technik, gleiches gilt für die Absicherung eines fahrerlosen Transportfahrzeugs (FTF) ohne Manipulator nach DIN 1525. Aus der Kombination von beidem ergeben sich jedoch neue Anforderungen. Dies gilt besonders deshalb, weil bei mobilen Manipulatoren vielfältige Interaktionen zwischen Mensch und Robotersystem möglich bzw. sogar gewünscht oder erforderlich sind. So ist für einige Anwendungen die intensive Kooperation zwischen Mensch und Roboter sinnvoll, zum Beispiel, wenn ein Mensch das System durch Handführen teacht. Außerdem bewegen sich Mensch und Roboter oft im gleichen Umfeld, in Produktionshallen oder direkt am Arbeitsplatz. Dann müssen sich die Systeme sicher verhalten, indem sie bspw. langsamer werden oder stoppen, wenn sich ein Mensch nähert. Anwenderorientierte Lösungen Auch ohne Normen, die dezidiert mobile Manipulatoren abdecken, können die Systeme sicher gestaltet werden. Dies erfordert jedoch umfassende Kenntnisse der vorhandenen Normen einerseits und der Möglichkeiten und Grenzen von Robotern, mobilen Plattformen und deren Komponenten andererseits. Für mobile Manipulatoren gibt es aktuell kein einheitliches Vorgehen, sondern jedes System erfordert ein individuelles Sicherheitskonzept. Hierbei müssen Konstrukteure neben den verbauten technischen Komponenten insbesondere das geplante Einsatzszenario berücksichtigen. 84 Der Konstrukteur 11/2015

Mobiler Handlingassistent In der Praxis haben sich überwiegend zwei Varianten für die Absicherung bewährt, die das Fraunhofer IPA gemeinsam mit Anwendern realisiert hat: Entweder werden Plattform und Roboterarm in der Risikoanalyse vollständig getrennt betrachtet und es darf immer nur eins von beiden Systemen aktiv sein. In der zweiten Variante können Manipulator und mobile Basis gleichzeitig aktiv sein, die Sicherheitssensorik muss dann aber entsprechend angepasst werden. Die Sicherheitsmaßnahmen erfordern in diesem Fall ein ausgiebiges Fachwissen. Sowohl für die Plattform als auch für den Arm muss in der Regel vom theoretisch ungünstigsten Fall ausgegangen und aus allen Normen müssen die strengsten Anforderungen gewählt werden. Oft erfordern solche Sicherheitskonzepte daher, genau zwischen verschiedenen Teilsystemen und -funktionen zu unterscheiden. Zusammen mit dem Unternehmen SEW-Eurodrive haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPA einen mobilen Handling assistenten entwickelt, der den sogenannten Griff-indie-Kiste an mehreren Produktionsabschnitten ausführt. Der Roboterarm vereinzelt unbearbeitete Sägeabschnitte aus einer Kiste und legt diese auf das Zuführband des Bearbeitungszentrums. Im Sinne der intelligenten Verkettung fährt der mobile Handlingassistent anschließend zur nächsten Station, wo er bearbeitete Werkstücke vom Ausfuhrband der Anlage greift und diese in ein Härtegestell einlegt. Die Vision von SEW-Eurodrive ist es, dass derartige mobile Systeme flexibel und bedarfsgerecht die Menschen im Produktionsprozess unterstützen und belastungsfreies Arbeiten ermöglichen. Entsprechend wichtig sind Sicherheitsmaßnahmen sowohl für die mobile Plattform als auch für den Roboterarm. Hier haben sich die Wissenschaftler für die erste Absicherungsvariante entschieden, das heißt, dass entweder die Plattform oder der Roboterarm aktiv ist. Dies ist sinnvoll, weil der Handlingassistent jeweils nur an den einzelnen Arbeitsstationen seinen Manipulator gebrauchen muss, ihn aber während der Fahrt nicht zwingend benötigt. Fährt die Plattform, ist der Arm mit Hilfe einer Funktion zur sicheren Positionsvorgabe in einer Ruheposition stillgesetzt. Laserscanner knapp über Bodenhöhe mit relativ kleinen Schutzfeldern sind dann für das fahrerlose Transportfahrzeug ausreichend. Der Arm darf nur an den festgelegten Positionen am Ein- und Ausfuhrband bewegt werden. Der erreichbare Arbeitsraum und die maximale Geschwindigkeit des Roboterarms sind dabei sicher in der Software begrenzt. Um die Position sicher überprüfen zu können, werden berührungslos wirkende Sicherheitsschalter eingesetzt, wie sie häufig auch als Türschalter zum Einsatz kommen. An den so definierten Arbeitsplätzen überwachen die ohnehin an der mobilen Plattform vorhandenen Laserscanner jetzt mit vergrößertem Schutzfeld den Arbeitsraum des Arms. Bereiche, die aufgrund von Hindernissen nicht von den Laserscannern einsehbar sind, wurden in der aktuellen Lösung mit stationären Abtrennungen abgesperrt. Alternativ können hier bei Bedarf Lichtvorhänge zur Anwendung kommen. C M Y CM MY CY CMY K Geschickt gekoppelt Genau das ist die Stärke des neuen elektronischen Sicherungsautomaten vom Typ REX12-T. Mit pfiffiger Technik kombinieren Sie einkanalige Geräte in Rekordzeit und ohne Werkzeug und Zubehör zur absolut maßgeschneiderten DC 24 V-Absicherung für Ihre Anlage. Ihr Nutzen: ● Spart Kosten und Zeit durch einfache Montage ● Transparent planbar durch optimal abgestimmtes Fail Safe-Element Haben Sie ein konkretes Projekt? Sprechen Sie mit uns. Wir freuen uns auf den Dialog mit Ihnen. Besuchen Sie uns auf der SPS/IPC/DRIVES vom 24.-26. November 2015 Halle 5, Stand 5-310 Mobiler Manipulator für Prüfaufgaben 01 Der Manipulator auf der mobilen Plattform agiert nur an festgelegten Positionen Andere Einsatzszenarien erfordern, dass sich Plattform und Manipulator gleichzeitig bewegen können. Dies gilt bspw. für ein bei einem Haushaltsgerätehersteller realisiertes System, das Geschirrspülmaschinen für den Dauertestbetrieb belädt und startet. Im Automatikbetrieb arbeitet das System zwar hinter einem E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH Industriestraße 2-8 . 90518 ALTDORF DEUTSCHLAND Tel. 09187 10-0 . Fax 09187 10-397 E-Mail: info@e-t-a.de . www.e-t-a.de

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