Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb Sichere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter
Die Fabrik der Zukunft ist hochautomatisiert und digitalisiert. Bei der Automatisierung der Produktion spielt die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter eine Schlüsselrolle. Insbesondere die Sicherheit ist ein Thema, welches technische und ethische Herausforderungen mit sich bringt. Das Fraunhofer IFF trägt mit seiner Forschung zur sicheren Mensch-Roboter-Kollaboration bei. Auf der Automatica in München stellen die Forschenden ihre neuen Entwicklungen vor.
Seien es Assistenzroboter und ihr Einsatz, die effiziente Planung der Zusammenarbeit, die intuitive Programmierung von Robotern oder die Bestimmung und Überwachung des menschlichen Arbeitsraumes – in zahlreichen wissenschaftlichen Projekten haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer IFF hierfür Lösungen entwickelt:
SafeyPilot – Die Absicherung von Cobots automatisieren
In der Produktion der Zukunft arbeiten Menschen mit kollaborierenden Robotern (Cobots) noch enger zusammen als bisher. Bei dieser Mensch-Roboter-Kolloboration (MRK) steht die Sicherheit an erster Stelle. Die Betriebsart Leistungs- und Kraftbegrenzung (nach ISO/TS 15066) hat den besonderen Vorzug, dass sie die Automatisierung von manuellen Tätigkeiten direkt an der Seite von Menschen ermöglicht – und das ganz ohne Zäune. Bislang sind kostspielige Kollisionsmessungen am Roboter notwendig, um zu prüfen, ob ein Cobot im Falle einer Kollision mit Menschen die biomechanischen Grenzwerte aus ISO/TS 15066 einhält. Mit dem SafeyPilot präsentiert das Fraunhofer IFF eine innovative Alternative zur Messung, die mithilfe von Simulationen den Prüfvorgang vollständig automatisiert. Die Absicherung eines Cobot wird damit kinderleicht und vor allem günstiger. Der SafeyPilot lässt sich wahlweise auch in eine Simulationsumgebungen dazu nutzen, eine frühzeitige Wirtschaftlichkeitsbetrachtung vorzunehmen. Das verhindert Planungsfehler und spart Kosten sowie Aufwand beim Engineering.
Arbeitsräume sicher überwachen
Flexible und dynamische Arbeits- und Produktionsumgebungen bedingen die Aufhebung einer strikten Trennung von Mensch und Roboter. Die schutzzaunlose Koexistenz bzw. Kooperation erlaubt die Zusammenführung der Stärken von Mensch und Roboter. Dabei muss die Sicherheit des Menschen jederzeit gegeben sein.
Das Fraunhofer IFF erforscht und entwickelt Technologien zur frühzeitigen Detektion gefahrbringender Situationen (z.B. Kollisionen) zwischen Mensch und Roboter. Dabei wird die Einhaltung eines separierenden Abstandes gemäß der Betriebsart Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung (nach ISO/TS 15066) überwacht. Vorteil dieser Kollaborationsart liegt darin, dass neben kleinen und mittelgroßen Robotern insbesondere auch Großraumroboter an der Seite des Menschen eingesetzt werden können.
Auf Basis von Projektor- und Kameratechnik wurde am Fraunhofer IFF eine Überwachungslösung im Bereich der Mensch-Roboter-Kooperation entwickelt und als innovatives Sicherheitssystem patentiert. Die zu überwachenden Sicherheitsbereiche werden direkt in die Umgebung, z.B. auf den Fußboden oder Werkbank projiziert. Verletzungen dieser Sicherheitsbereiche durch eine Unterbrechung der Projektionsstrahlen werden von den umgebenden Kameras zuverlässig und in Echtzeit erkannt.
Die dynamische Anpassung der Sicherheitsbereiche in Abhängigkeit der aktuellen Roboterkonfiguration (u.a. Gelenkstellungen und –geschwindigkeiten) ermöglicht die permanente Nutzung eines maximalen Arbeitsbereiches für den Menschen. Zusätzlich erlaubt das System die Einblendung von sicherheits-, prozess- und roboterspezifischen Informationen.
Auf der Automatica vom 27. bis 30. Juni 2023 zeigt das Fraunhofer IFF diese und weitere Technologien und ihre Anwendungsmöglichkeiten.