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Mensch-Roboter-Kollaboration: Vier Stufen der Sicherheit

| Autor/ Redakteur: Jan-Philipp Liersch / Karin Pfeiffer

Maximale Produktivität bei optimaler Robotersicherheit – und das bei immer mehr Nähe zum Menschen? Mitsubishi Electric hat sich dieser Herausforderung gestellt und mit der Melfa-Lösung vier Stufen der Sicherheit für die Mensch-Roboter-Zusammenarbeit definiert.

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Zonensystem zum Anpassen: Wahlweise begrenzt Melfa Safe Plus Position und Geschwindigkeit des Roboters – je näher der Mensch der Anwendung kommt.
Zonensystem zum Anpassen: Wahlweise begrenzt Melfa Safe Plus Position und Geschwindigkeit des Roboters – je näher der Mensch der Anwendung kommt.
( Bild: Mitsubishi Electric Europe )

So ziemliche jede neue Roboterapplikation muss die Gesamtproduktivität oder Rentabilität steigern, damit sich die Investitionen für Kauf, Installation und Betrieb auch rechnen. Eine höhere Anzahl an Robotern am Arbeitsplatz bringt jedoch weitere Herausforderungen mit sich: Wie kann man die zunehmende Mensch-Roboter-Interaktionen verwalten, gleichzeitig die Produktivität maximieren und dabei auch noch die Sicherheit gewährleisten?

Genau dieser Herausforderung hat sich Mitsubishi Electric gestellt und vier Stufen für Robotersicherheit und -interaktionen definiert. Jede Stufe berücksichtigt dabei eine zunehmende Nähe des Menschen zum Roboter. Beginnend mit der festen Abgrenzung des Roboters über einen klar definierten Bereich, in dem Menschen nur ein begrenzter Zugang zum sich langsam bewegenden Roboter gewährt wird – bis hin zu einer kompletten Zusammenarbeit, bei der sich Mensch und Roboter denselben Arbeitsplatz teilen. Die vier Stufen dienen als Richtlinie für eine einfache Auswahl der jeweils optimalen Lösung, je nachdem, wie nah der Bediener mit dem neuen Roboter zusammenarbeitet. Indem die Robotergeschwindigkeit und die damit einhergehende Produktivität mit der optimalen Sicherheitslösung abgestimmt wird, ermöglichen die vier Stufen einen effizienten Produk­tionsablauf.

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Stufe 1: Standardsicherheit

Die erste Stufe umfasst normalerweise geschlossene Applikationen mit Sicherheitsbereichen für einen gelegentlichen Zugang von Menschen. In dieser Kategorie arbeitet der Roboter mit hoher Geschwindigkeit, während die Sicherheitsabsperrung geschlossen ist. Hierbei handelt es sich um eine verriegelte Tür oder einen abgetrennten Bereich. Wenn die Sicherheitsabsperrung geöffnet wird, bleibt der Roboter innerhalb kürzester Zeit kontrolliert stehen. Zusätzlich zu dem Automatikbetrieb ist ein manueller Betrieb für eine sichere Programmierung, Einrichtung und Wartung einstellbar, bei dem sich der Roboter durch geschultes Personal verändern und auch bei geöffneten Schutztüren testen lässt.

Stufe 2: Melfa Safe Plus II

Die Option Melfa Safe Plus II von Mitsubishi Electric ermöglicht, die Standard-Sicherheitsfunktionen zu erweitern. Funktionen wie sichere limitierte Geschwindigkeit (SLS), sichere limitierte Position (SLP) und sicherer überwachter Stopp (SS2) stellen damit die Basis der zweiten Sicherheitsstufe dar. Durch den Einsatz hochwertiger Sicherheitssensoren benötigt diese Applikation keine physische Barriere und ist für einen regelmäßigen Zugang von Menschen in die Roboterzelle optimiert. Dies wird unter anderem zur Überprüfung von Montageprozessen, in Verpackungsanwendungen und für Be- und Entladungs-Vorgänge genutzt.

Das einstellbare Zonensystem begrenzt wahlweise Position und Geschwindigkeit des Roboters, je näher der Mensch der Anwendung kommt, um die Zelle mit dieser Konfiguration möglichst klein und kompakt zu bauen. Der Roboter wechselt schnell von Hochgeschwindigkeit zu einer langsamen Geschwindigkeit und umgekehrt, sodass Roboter und Mensch ohne Stillstände arbeiten können.

Verschiedene sichere Geschwindigkeiten und Funktionen lassen sich in einer einfachen Matrix miteinander verknüpfen. Über vier redundante Sicherheitsausgänge lassen sich andere Applikationselemente ansteuern, wodurch die Robotersteuerung Sicherheits-SPS-Funktionen übernehmen kann. Weiteres Highlight ist eine bewegungsselektive sichere Geschwindigkeit. So kann etwa in Bewegungsrichtung zur Person sicher und langsam verfahren werden, aber in entgegengesetzter Richtung mit voller Geschwindigkeit.

Stufe 3: Melfa Safe Skin

Die dritte Stufe stellt die Möglichkeit dar, das Stoppen des Roboters rein auf die Berührung zu begrenzen. Diese Variante der Sicherheitsop­tion wird für Tätigkeiten verwendet, in denen der Mensch nahe am Roboter den Arbeitsprozess beeinflusst oder überwacht. Genau diese Anforderung erfüllt der Melfa Safe Skin Roboter, dessen Haupt­flächen von einer pneumatischen Schutzhaut umhüllt sind, die auf Berührung reagiert. Beim geringsten Kontakt wird sofort die Roboterbewegung angehalten und sicher gestoppt. Der Melfa Safe Skin basiert auf einem Industrieroboter und verfügt mit den Sicherheitsfunktionen weiterhin über höchste Geschwindigkeit und Präzision. Diese Lösung eignet sich für Mon­tagetätigkeiten, bei denen Arbeiten auf engem Raum mit dem Menschen zeitweise nötig sind und dennoch die Taktgeschwindigkeit aufrechterhalten werden muss.

Stufe 4: Melfa Melcor

Dieser Sicherheitslevel von Melfa-Robotern deckt Bereiche ab, bei denen Mensch und Roboter Vollzeit zusammenarbeiten. Das erfordert eine andere Art Roboter, weshalb Mitsubishi Electric den kollaborativen Roboter Melcor entwickelt hat.

Die Arbeit mit einem kollabora­tiven Roboter kann gerade bei komplexen Montagetätigkeiten, bei denen menschliche Fähigkeiten oder herkömmliche Einspannvorrichtungen an ihre Grenzen stoßen, sehr produktiv sein. Hier kann ein kollaborativer Roboter ein Arbeitsstück oder ein Bauteil effektiver handhaben, während der Mitarbeiter beide Hände für eine andere Tätigkeit frei hat. Aus Sicherheitsgründen werden hier sowohl die Geschwindigkeit als auch das Drehmoment automatisch begrenzt. Der Roboter kann manuell angehalten oder auch über eine abnehmbare Touchscreen-Bedieneinheit dazu angewiesen werden, welchen Schritt er als nächstes ausführen soll. Ein „Direct Control“-Modus ermöglicht es dem Bediener, den Roboter von Hand mit geregelter Kraft von einer Position zur nächsten zu bewegen und in seine Tätigkeiten somit einfach einzulernen.

Jede Stufe der Robotersicherheit und -interaktion ermöglicht einen kontinuierlichen Arbeitsablauf, bei dem das Potenzial des Roboters hinsichtlich Geschwindigkeit, Präzision und Wiederholgenauigkeit maximal ausgeschöpft wird. Gleichzeitig wird dem Menschen ungefährlicher Zugang und sichere Interaktion mit dem Roboter gewährleistet, um eine optimale Gesamtproduktivität zu erreichen.

* Jan-Philipp Liersch, Senior Produkt Manager für Roboter, Mitsubishi Electric Europe

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