Sichere Mensch-Roboter-Kooperation mit Schwerlast-Robotern (Projekt SAPARO)

Im Rahmen des EU-Projekts »ECHORD++« erforschte das Fraunhofer IFF im Experiment »SAPARO« eine innovative und zukunftsweisende Sensorlösung um kollaborative Mensch-Roboter-Arbeitsplätze mit Schwerlastrobotern umzusetzen. Das entwickelte System besteht aus einer Kombination von Hard- und Soft-Safety-Technologien, um zum einen auf Basis eines taktilen Fußbodens die Annäherung des Menschen an den Roboter zu detektieren, und zum anderen durch ein Visualisierungssystem prozess-, roboter- und sicherheitsspezifische Informationen anzuzeigen.

Ein neu entwickeltes Verfahren erlaubt die dynamische Erzeugung der Sicherheitsbereiche auf Basis der aktuellen Roboterbewegung (keine statischen, vordefinierten Sicherheitszonen). Dazu werden zu jedem Zeitpunkt die aktuellen Gelenkstellungen und Gelenkgeschwindigkeiten des Roboters verarbeitet und die einzuhaltenden Sicherheitsabstände gemäß der Abstandsformel aus ISO/TS 15066 bestimmt. Über die Ortsauflösung des taktilen Fußbodens wird die Position des Menschen in der Roboterumgebung erfasst und hinsichtlich einer Annäherung bzw. Unterschreitung des Sicherheitsabstandes ausgewertet. Bei einer Annäherung des Menschen an den Roboter (Eintritt in den Warnbereich) wird die Robotergeschwindigkeit zunächst sukzessive reduziert und bei einer Unterschreitung des Sicherheitsabstandes (Eintritt in den kritischen Bereich) unmittelbar gestoppt.

Das Visualisierungssystem besteht aus mehreren verteilten Projektionseinheiten und stellt die Sicherheitszonen (rot – kritischer Bereich; gelb – Warnbereich; grün – frei begehbar) direkt im Arbeitsraum für den Werker dar. Dabei können zusätzliche roboter-, prozess- und sicherheitsspezifischen Informationen zur Erhöhung der Transparenz und Akzeptanz des Werkers dynamisch (z.B. in Abhängigkeit des aktuellen Arbeitsschrittes) in den Arbeitsraum eingeblendet werden. Darüber hinaus erlaubt das System die dynamische Anzeige und Auswertung von interaktiven Schaltflächen, welche zur einfachen Prozess- und Robotersteuerung genutzt werden können.

Im Gegensatz zu aktuellen berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen wie Laserscanner oder kamerabasierte Überwachungslösungen, bieten die im Rahmen von SAPARO entwickelten dynamischen Sicherheitszonen ein Maximum an Freiraum für den Werker im gemeinsam genutzten Arbeitsraum mit dem Roboter. Für industrielle Roboteranwendungen, speziell beim Einsatz von Schwerlastrobotern/ Großraumrobotern erlaubt diese Technologie eine größtmögliche Flexibilität bei maximaler Sicherheit für eine effiziente Kooperation zwischen Mensch und Roboter.