Sicherheit ist ein Schlüsselfeature von kollaborativen Robotern in der Fertigung.

Wenn Sie in einer Fabrikhalle oder einem Lager arbeiten, ist es wahrscheinlich, dass Sie einen Roboter als Arbeitskollegen haben.

Da sich Fertigungsumgebungen durch Transformationsbemühungen im Rahmen von Industrie 4.0 sowie durch Innovationserweiterungen entlang der Lieferkette und in Vertriebszentren weiterentwickeln, nimmt der Einsatz von automatisierten Robotern schnell zu und diversifiziert sich zunehmend. Diese arbeiten immer häufiger im selben Raum wie menschliche Mitarbeiter, was neue Sicherheitsbedenken aufwirft.

Die Nachfrage nach erweiterten Sicherheitsmaßnahmen in Kombination mit der Notwendigkeit, dass Roboter komplexere Aufgaben übernehmen, bedeutet, dass sie intelligenter sein müssen. Sie müssen auch wendiger sein, was fortschrittlichere Technologien für Computer-Vision und Motorsteuerung erfordert. Und damit Menschen, Systeme und Roboter effizient harmonieren können, wird eine robuste Konnektivität benötigt, um eine rechtzeitige Kommunikation und vorausschauende Wartung zu unterstützen und Probleme zu verhindern, die die Sicherheit beeinträchtigen könnten.

Industrieroboter sind auf dem Vormarsch

Roboter auf dem Fabrikboden sind nicht neu, aber sie sind nicht mehr von ihren menschlichen Kollegen getrennt. Fortschritte in der Fertigung führen dazu, dass die Arbeitsbereiche von Menschen und Robotern sich überschneiden, sodass sie manchmal als „Cobots“ bezeichnet werden.

In einer Automobilfabrik übernehmen Roboter Aufgaben wie Etikettieren, Schweißen, Handhaben, Lackieren, Montieren, Schneiden und sogar das Gießen von gefährlichen Stoffen. In einigen Fabriken werden Roboter eingesetzt, um Nockenwellen zu schmieren, Motoren mit Öl zu befüllen und Qualitätskontrollen durchzuführen. In anderen Branchen können Roboter Waren zusammenbauen, verpacken und palettieren. Ob auf dem Fabrikboden oder im Lagerhaus – die heutigen Roboter sind mobiler und mit elektronischen Komponenten wie Maschinenvision und KI-Systemen ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, unabhängig zu arbeiten und auf verschiedene Situationen zu reagieren. Sie können sogar Drohnen umfassen, die innerhalb eines Lagerhauses eingesetzt werden, um Bestände in der gesamten Anlage zu scannen, einschließlich schwer erreichbarer Bereiche, und das ohne die Führung durch Laser oder Markierungen.

Das Hauptziel der robotischen Automatisierung in der Fertigung und Distribution besteht darin, menschlichen Arbeitern repetitive und anstrengende Aufgaben abzunehmen, ebenso wie solche, die von Natur aus gefährlich sind. Allerdings bringt der Einsatz von Robotern in jeglicher Umgebung Sicherheitsbedenken mit sich, die berücksichtigt werden müssen – insbesondere, da Roboter zunehmend mobil werden und in gemeinsamen Räumlichkeiten mit Menschen zusammenarbeiten.

Die Sicherheit kollaborativer Roboter hängt von der Technologie ab

Während Industrieroboter weiterhin zunehmend in Lagerhäusern und auf Fabrikböden eingesetzt werden sowie vielseitiger und leistungsstärker werden, gewinnt die Sicherheit von Robotern an Bedeutung. Jedes Mal, wenn ein Arbeiter mit einem Roboter interagiert oder in einem geteilten Arbeitsbereich arbeitet, besteht die Möglichkeit von Unfällen, die zu schweren oder sogar tödlichen Verletzungen führen können.

In einigen Fällen kann der Roboter selbst von Menschen isoliert werden, außer wenn Arbeiter mit ihm interagieren müssen, um ihn zu programmieren, einzurichten, zu testen und zu warten. Jedes robotische System ist unterschiedlich und muss unabhängig bewertet werden. Zum Beispiel unterliegt ein Roboter, der Schweißarbeiten durchführt, Vorsichtsmaßnahmen wie Schweißvorhängen und verriegelten Schutzvorrichtungen am Perimeter. Aber verschiedene Roboter bringen unterschiedliche Gefahren mit sich, insbesondere solche, die mobiler sind, wie autonome mobile Roboter (AMRs), die Inventar durch eine Lagerumgebung transportieren können. Hier überschneiden sich die Wege von Menschen und Robotern, besonders wenn der Roboter zwischen verschiedenen Standorten navigieren kann, ohne eine festgelegte Strecke zu nutzen.

Die Fähigkeit eines Roboters, sich unabhängig in einer Umgebung zu bewegen, hängt von Karten, Onboard-Computing-Fähigkeiten und Sensoren ab, die ebenfalls zur Gewährleistung der Sicherheit beitragen können. Ein hervorragendes Beispiel für einen Roboter, der sich während der Arbeit unter Menschen bewegt und aus Sicherheitsgründen überwacht werden muss, ist ein autonom geführtes Fahrzeug (AGV), das Produkte und Materialien zwischen verschiedenen Standorten in einer Fabrik oder einem Lager transportiert. Diese AGVs können Aufgaben in der Nähe von Menschen ausführen, ohne deren Sicherheit zu gefährden, selbst wenn sie gefährliche und schwere Gegenstände in einer dynamischen Umgebung bewegen.

Heute gibt es vier Modi der Zusammenarbeit für Roboter in einem gemeinsamen Raum. Der erste Modus hat klare Grenzen, da Sensorgeräte, meist Lichtschranken, Laserscanner oder Bodenmatten, sicherstellen, dass Roboter und Menschen niemals gleichzeitig denselben Raum teilen. Dies wird von einem Sicherheitssystem koordiniert, das auf diesen Sensoren basiert. Eine wesentlich weniger verbreitete Form der Zusammenarbeit ist, wenn ein Roboterarm in den sogenannten „Schwebemodus“ versetzt wird, wodurch er gegriffen und geführt werden kann.

Ein dritter kollaborativer Modus, der durch die ISO 10218 definiert wird, ist eine fortgeschrittenere Version des ersten Modus. Bekannt als Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung wird die Position und Geschwindigkeit des Roboters basierend auf seiner Nähe zu einer Person reguliert. Dabei kann der Roboter sogar zu einem sicherheitsüberwachten Stopp kommen, wenn er einem menschlichen Arbeiter zu nahe kommt. Ein vierter kollaborativer Modus ist noch in der Entwicklung. Ähnlich wie beim dritten Modus wird hier ebenfalls eine Regelung angewendet, jedoch ist der Roboter in diesem Fall so programmiert, dass er Kraft und Leistung begrenzt, wenn er versehentlich mit einem menschlichen Arbeiter in Kontakt kommt. Dieser Modus wird von der ISO TS 15066 geleitet, die Dutzende verschiedener Bereiche des menschlichen Körpers sowie die Schmerzgrenzen des Körpers definiert, um zu bestimmen, wie viel Kraft ausgeübt werden kann.

Während Sensoren eine große Rolle dabei spielen, kollaborative Roboter in Umgebungen zu führen, in denen sich Menschen in der Nähe befinden, ist auch Software entscheidend, die die Bewegungen der Roboter auf das für eine bestimmte Funktion erforderliche Maß beschränkt, indem sie hilft, sichere Robotergeschwindigkeiten zu definieren und festzulegen. Anstatt einen Roboter einfach vollständig anzuhalten, wenn sich jemand nähert, kann er verlangsamt werden, was die Produktivität erhöht und gleichzeitig die Sicherheit gewährleistet. Software unterstützt außerdem Wartungsprüfungen wie die Zuverlässigkeit der Bremsen und weitere Checks.

Intelligentere Fabriken benötigen sicherere und intelligentere Roboter

Da kollaborative Roboter in Produktionsumgebungen immer häufiger eingesetzt werden, arbeiten sie nun enger mit Menschen zusammen, um fortschrittlichere Automatisierung zu unterstützen. Dies wird teilweise durch drahtlos netzwerkbasierte künstliche Intelligenz (KI) ermöglicht. Das Capgemini Research Institute schätzt, dass durch 5G-gestützte „intelligente Fabriken“ bis 2023 zwischen 1,5 Billionen und 2,2 Billionen US-Dollar für die globale Wirtschaft generiert werden, und 5G-Netzwerke bieten robotischen Geräten und Anlagen eine höhere Bandbreite, eine geringere Latenzzeit für die Internetanbindung sowie die Verbindung zu anderen Geräten und der Cloud. Drahtloses 5G ermöglicht mobilere, kollaborative Roboter, da diese nicht mehr für Updates und Neukonfigurationen an Computer angeschlossen werden müssen.

Die Zukunft der Sicherheit in Fabriken könnte auch durch die Roboter selbst unterstützt werden. Letztes Jahr hat die Hyundai Motor Group in Zusammenarbeit mit Boston Dynamics einen „Factory Safety Service Robot“ eingeführt, um die Sicherheit vor Ort zu unterstützen. Ausgestattet mit KI, autonomer Navigation, einer integrierten Wärmebildkamera und 3D-LiDAR sowie Teleoperationstechnologien ermöglicht der Roboter Büroangestellten, Industriestandorte aus der Ferne zu beobachten und zu überwachen, Gefahren zu erkennen und Alarme an Manager zu senden.

Dies ist nur ein weiteres herausragendes Beispiel für die fortschreitende Entwicklung der modernen Fertigungsumgebung.