Für ein effizientes und harmonisches Zusammenarbeiten von Menschen, Systemen und Robotern braucht es fortschrittliche Sensoren, stabile Vernetzung und sogar KI.
Wer in der Produktion oder in einem Lager arbeitet, hat wahrscheinlich auch Roboter als Kollegen.
Im Zuge der Weiterentwicklung in der Fertigung über Industrie 4.0 mit Transformationsmaßnahmen in Verbindung mit innovativer Expansion über die Lieferkette und hin zu Vertriebseinrichtungen wird das Wachstum und die Diversifizierung im Bereich der automatisierten Robotik schnell zunehmen. Roboter werden zunehmend auch in gleichen Räumen wie Menschen arbeiten, was neue Sicherheitsbedenken aufwirft.
Die Nachfrage nach erhöhten Sicherheitsmaßnahmen in Verbindung mit der Notwendigkeit, dass Roboter immer komplexere Aufgaben ausführen, bedeutet: Sie müssen intelligenter werden. Sie müssen auch beweglicher werden. Dies erfordert modernere Technologien für maschinelles Sehen und Motorsteuerungstechnologien. Für ein effizientes und harmonisches Zusammenarbeiten von Menschen, Systemen und Robotern braucht es eine stabile Vernetzung. Nur sie ermöglicht die zeitnahe Kommunikation und vorbeugende Wartung, um potenzielle sicherheitsrelevante Probleme schon im Vorfeld zu verhindern.
Industrieroboter sind in Bewegung
Roboter sind im Produktionsumfeld nichts Neues, aber sie sind heutzutage nicht mehr von ihren menschlichen Gegenstücken abgeschottet. Fortschritte in der Fertigungstechnik bedeuten, dass sich die Arbeitsbereiche für Menschen und Roboter so weit überschneiden, dass diese manchmal als „Cobots“ bezeichnet werden.
In einem Automobilwerk gibt es Roboter, die kennzeichnen, schweißen, Material handhaben, lackieren, montieren, schneiden und sogar Gefahrstoffe umfüllen. In manchen Werken werden Roboter eingesetzt, um Nockenwellen zu schmieren, Motoren mit Öl zu befüllen und Qualitätsinspektionen durchzuführen. In anderen Branchen könnten Roboter die Montage, Verpackung und Palettierung von Fertigprodukten übernehmen. Ob in der Produktion oder im Lager: Die heutigen Roboter sind mobiler geworden. Dazu besitzen sie elektronische Komponenten wie maschinelles Sehen und KI-Systeme, mit deren Hilfe sie unabhängig handeln und auf verschiedene Situationen reagieren können. Es gibt sie sogar als Drohnen, die in Warenlagern die Bestände in der gesamten Einrichtung ohne Zuhilfenahme von Lasern oder Markierungen erfassen, auch in schwer zu erreichenden Bereichen.
Das Hauptziel der Robotik-Automatisierung in der Produktion und Distribution besteht darin, menschliche Beschäftigte um monotone, anstrengende, aber auch gefährliche Aufgaben zu entlasten. Allerdings werden durch den Einsatz von Robotern in einer Umgebung auch Sicherheitsbedenken geschaffen, die gelöst werden müssen. Dies gilt insbesondere, da Roboter mobiler werden und mit Menschen in denselben Bereichen zusammenarbeiten.
Kollaborative Robotersicherheit hängt von Technologie ab
Das Thema Robotersicherheit gewinnt zunehmend an Bedeutung, nachdem Industrieroboter nicht nur in großer Zahl im Lager und in der Produktion eingesetzt werden, sondern auch vielseitiger und leistungsfähiger werden. Wenn Menschen mit Robotern interagieren oder in einem gemeinsamen Bereich mit ihnen arbeiten, besteht die Möglichkeit von Unfällen, die zu schweren bis hin zu tödlichen Verletzungen führen können.
In manchen Fällen kann der Roboter selbst vom Menschen isoliert werden. Dies ist allerdings nicht möglich, wenn Beschäftigte damit zum Zwecke von Programmierung, Einrichtung, Test und Wartung interagieren müssen. Jedes Robotiksystem ist anders und muss unabhängig beurteilt werden. So stehen beispielsweise bei einem Schweißroboter bestimmte Vorkehrungen im Vordergrund, etwa Schweißvorhänge und gestaffelte Umkreisschutzeinrichtungen. Aber verschiedene Roboter stellen auch unterschiedliche Gefahren dar – insbesondere die beweglicheren Vertreter, etwa autonome mobile Roboter (AMRs), die Bestände innerhalb einer kompletten Lagerhausumgebung anliefern können. Hier beginnt die Überschneidung von Verkehrswegen für Menschen und Roboter, insbesondere wenn sich der Roboter ohne einen fest vorgegebenen Pfad zwischen Orten bewegen kann.
Die Fähigkeit eines Roboters, frei durch eine Umgebung zu navigieren, hängt von Karten, bordeigenen Computingfähigkeiten und Sensoren ab, die auch zur Gewährleistung der Sicherheit beitragen können. Ein Paradebeispiel eines Roboters, der bei seiner Arbeit auch Menschen begegnet und für den deshalb Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen, ist ein Autonomous Guided Vehicle (AGV), das Produkte und Materialien von verschiedenen Orten eines Fertigungsstandorts oder eines Lagers transportiert. Diese AGVs können Aufgaben in der Nähe von Menschen ausführen, ohne deren Sicherheit zu gefährden. Dies gilt sogar, wenn sie gefährliche und schwere Gegenstände in einem dynamischen Umfeld transportieren.
Heute existieren vier Arten der Zusammenarbeit für Roboter in einem gemeinsamen Raum. Der erste Modus basiert auf dem Prinzip der klaren Abgrenzung, damit Roboter und Menschen sich niemals gleichzeitig im demselben Bereich befinden. Es arbeitet mit Sensoren, die sich gewöhnlich in Lichtvorhängen, Laserscannern oder Türmatten befinden, und ihre Informationen in ein Sicherheitssystem einspeisen, von dem das Ganze koordiniert wird. Eine weitaus seltener Form der Kollaboration besteht darin, wenn ein Roboterarm in einen so genannten „Flow State“ wechselt, in dem man ihn greifen und führen kann.
Ein dritter Kollaborationsmodus wird durch ISO 10218 definiert und ist eine ausgefeiltere Version des ersten Modus. In diesem als Geschwindigkeits- und Trennungsüberwachung bekanntem Modus wird die Position und Geschwindigkeit des Roboters anhand seiner Nähe zu einer menschlichen Person moduliert. Hier kann sogar ein sicherheitsbewerteter überwachter Stillstand ausgelöst werden, wenn der Abstand zu menschlichen Beschäftigten zu gering wird. Eine vierte Form der Kollaboration befindet sich noch in der Entwicklung. Sie arbeitet wie der dritte Modus mit Modulation. Allerdings wird hier der Roboter so programmiert, dass seine Kraft und Leistung begrenzt wird, wenn er menschlichen Beschäftigten begegnet. Sie wird durch ISO TS 15066 geregelt. Diese Norm definiert die Dutzende unterschiedlicher Stellen am menschlichen Körper sowie die zugehörigen körperlichen Schmerzgrenzen als Anhaltspunkt für die maximal zulässige Krafteinwirkung.
Sensoren spielen eine große Rolle bei der Führung kollaborativer Roboter in Umgebungen mit Anwesenheit von Menschen. Ebenso wichtig ist auch die Software, welche die Roboterbewegung auf das Ausmaß begrenzt, das für eine spezifische Funktion erforderlich ist, indem sie sichere Robotergeschwindigkeiten definiert und festlegt. Anstatt einen Roboter bei zu engem Kontakt mit Menschen ganz stillstehen zu lassen, kann er verlangsamt werden. Dies erhöht die Produktivität ohne Kompromisse bei der Sicherheit. Software unterstützt auch Wartungsprüfungen wie etwa in Bezug auf die Bremszuverlässigkeit und andere Aspekte.
Intelligentere Fabriken brauchen sicherere und intelligentere Roboter
Mit der zunehmenden Verbreitung kollaborativer Roboter im Produktionsumfeld, arbeiten diese jetzt enger mit Menschen zusammen, um eine weitreichendere Automatisierung zu ermöglichen. Dies wird teilweise durch künstliche Intelligenz (KI) begünstigt, die auf Mobilfunknetzwerken basiert. Das Marktforschungsinstitut Capgemini schätzt, dass „Smart Factories“ mit 5G-Vernetzung bis 2023 zwischen 1,5 Billionen USD und 2,2 Billionen USD zur weltweiten Wirtschaftsleistung beitragen werden. Dabei würden 5G-Netzwerke nicht nur Ausrüstung und Geräte der Robotik, sondern auch andere vernetzte Geräte mit höherer Bandbreite und geringere Latenz ins Internet sowie in die Cloud einbinden. Wireless 5G wird mobilere, kollaborativere Roboter ermöglichen, weil diese für Aktualisierungen und die Neukonfiguration nicht mehr an Computer angeschlossen werden müssen.
Die Zukunft der Fabriksicherheit könnte auch durch die Roboter selbst gefördert werden. Letztes Jahr startete die Hyundai Motor Group in Zusammenarbeit mit Boston Dynamics einen „Factory Safety Service Robot“ zur Unterstützung der Standortsicherheit. Der Roboter ist mit KI, autonomer Navigation, einer integrierten Wärmebildkamera, 3D-LiDAR sowie Teleoperationstechnologien ausgestattet. Er ermöglicht dadurch dem Büropersonal, industrielle Bereiche aus der Ferne zu beobachten und zu überwachen, Gefahren zu erkennen und Alarmierungen an Vorgesetzte zu senden.
Dies ist ein weiteres wichtiges Beispiel für die anhaltende Evolution der modernen Fertigungsumgebung.
