Problemstellung/Motivation
Aktuell erfolgt der Einsatz von Robotern in Produktionsanlagen primär auf durch Schutzzäunen abgeschotteten Flächen, um zu verhindern, dass Menschen in Reichweite des arbeitenden Roboters kommen. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass der Schutz des Menschen sichergestellt wird und der Roboter in Taktzeit ohne Unterbrechungen arbeiten kann. Diese Vorteile werden jedoch auf Kosten von äußerst geringer Flexibilität und vergleichsweise hohem Raumbedarf erkauft. Daher gibt es bereits seit einigen Jahren Bestrebungen die Produktion flexibler zu gestalten und auf den klassischen Schutzzaun zu verzichten.
Eine Methode, die sich bewährt hat, ist der Einsatz einzelner Roboterzellen ohne Schutzzaun, die mit Hilfe von sicherheitszertifizierter Sensorik abgesichert werden. Hierbei wird durch die Sensorik eine Sicherheitszone um die Roboterzelle definiert: Die Annäherung eines Objekts an die Roboterzelle wird registriert, dringt sie in die Sicherheitszone ein, wird der Roboter angehalten. Auch mehrschichtige Sicherheitszonen sind mögliche, bei denen ein Eindringen in die äußeren Sicherheitszonen eine Verlangsamung des Roboters bewirkt und erst beim Eindringen in die innere Sicherheitszone ein Halt des Roboters ausgelöst wird. Diese aktuell eingesetzten Sicherheitslösungen haben jedoch das Problem, dass nicht unterschieden wird, was in die Sicherheitszone eindringt, beispielsweise ein Mensch, bei dem verlangsamt/gestoppt werden muss, oder lediglich ein fahrerloses Transportfahrzeug (FTF), bei dem mit voller Geschwindigkeit weitergearbeitet werden kann.
Da der Einsatz von FTFs gerade in einer zunehmend flexiblen Produktion zunimmt - beispielsweise zum Materialtransport zwischen einzelnen Roboterzellen - gilt es zu verhinden, dass FTFs ein unnötiges Verlangsamen oder einen unnötigen Halt bei Roboterzellen auslösen, da ansonsten der Durchsatz der Produktionsanlage zunehmend negativ beeinträchtigt wird.
Demonstrator "mobiler MRK-Roboter" und verfolgter Lösungsansatz
Der Demonstrator "mobiler MRK-Roboter" setzt sich aus 2 Kernkomponenten zusammen: Einer stationären Roborerzelle ohne Schutzzaun mit angegliedertem, manuellen Arbeitsplatz für einen menschlichen Arbeiter und einem mobilen Roboter (ein FTF, auf dem ein Roboter montiert ist). Beide verfügen über sicherheitszertifizierte Sensorik, um ihre eigenen Schutzzonen zu definieren. Mit Hilfe der Roboterzelle, des mobilen Roboters und eines Menschen wird ein Szenario wie in der Motivation beschrieben umgesetzt: Der mobile Roboter fahrt zur stationären Roboterzelle, um diese mit neuen Werkstücken zu bestücken, und fährt anschließend wieder von der stationären Roboterzelle weg. Dabei dringt er in die Sicherheitszone der stationären Roboterzelle ein; ohne weitere Maßnahmen führt dies zum Stillstand der stationären Roboterzelle. Anstelle eines Roboters kann jederzeit auch der Mensch in eine Schutzzone eindringen.
Um das Problem des Stillstands bei Annäherung des mobilen Roboters zu lösen, setzt der Demonstrator auf eine Vernetzung der sicherheitsrelevanten Komponenten, wie der Sensorik, sowie auf eine sichere Ortung von mobilen Robotern. Mittels sicherer, drahtloser Kommunikation können überlappende Sicherheitszonen zu einer einzelnen, gemeinsamen Sicherheitszone fusioniert und Standortinformationen mobiler Agenten ausgetauscht werden. Hierdurch wird es möglich festzustellen, wann und wo ein mobiler Agent in eine Schutzzone eindringt, um somit das Weiterarbeiten der Roboterzelle zu ermöglichen. Kann die Verletzung einer Schutzzone keinem mobilen Agenten zugeordnet werden, wird davon ausgegangen, dass der Mensch die Sicherheitszone verletzt hat - es kommt zum Halt der Roboterzelle. So wird eine Unterscheidung zwischen mobilem Agenten und menschlichem Arbeiter ermöglicht; unnötige Halts werden vermieden.
Insgesamt liefert der Demonstrator ein flexibles Sicherheitskonzept für die schutzzaunfreie Produktion, welches es ermöglicht, unnötige Halts von Roboterzellen, ausgelöst durch FTFs, zu vermeiden, und so den Durchsatz durch den verstärkten FTF-Einsatz nicht negativ zu beeinträchtigen.