Komponenten von B&R in einer Montagezelle

Schwerlastrobotik impliziert hohe Sicherheit

Teilen sich Mensch und Roboter einen gemeinsamen Arbeits- oder Bewegungsraum, ist ein physischer Kontakt zwischen beiden oft unvermeidlich oder manchmal auch gewollt. Hieraus ergibt sich grundsätzlich ein hohes Gefahrenpotenzial. Eine Verletzung des Menschen durch den Roboter muss sicher vermieden werden. Hierfür gelten die relevanten Normen DIN EN ISO 10218 und die neue ISO/TS 15066. Daraus lassen sich detaillierte Anforderungen für alle aufgabenabhängigen Sicherheitsabstände, die maximalen Verfahrgeschwindigkeiten und Arbeitsräume sowie deren Überwachung ableiten. Die Anforderungen an die eingesetzte Sicherheitstechnik sind dementsprechend hoch.

Mit der Umsetzung zahlreicher MRK-Projekte im Bereich Automotive weiß Burzlaff, dass die Reaktionszeit der kompletten Sicherheitskette über den Erfolg einer MRK-Applikation entscheiden kann. „Liegt die Reaktionszeit der Safety-Applikation unter 350 bis 400 ms, können die Sicherheitsabstände um bis zu 50 % gegenüber dem aktuellen technischen Stand reduziert werden“, sagt er. Infolgedessen verringert sich der Bedarf an Produktionsfläche und die Arbeitsbelastung des Werkers nimmt durch kürzere Wege sowie einer verbesserten ergonomischen Arbeitsplatzgestaltung ab.

Konventionelle MRK-Lösungen setzen auf Standardroboter mit eigener Steuerungstechnik, separater Zellensteuerung und Sicherheitstechnik. Die dezentrale Datenhaltung der zahlreichen Sicherheitsparameter sowie die Kommunikation der Systeme untereinander haben einen enormen Entwicklungsaufwand zur Folge. „Eine Reaktionszeit unter 500 ms ist mit dieser Komplexität nicht zu erreichen“, sagt Burzlaff.

MRK-Demozelle für den Verbau einer Heckklappe

2015 entwickelte EngRoTec das AI Roboterführungssystem und ermöglichte damit den roboterunterstützten und toleranzoptimierten Verbau einer Heckklappe in ein Fahrzeug. Diese praxiserprobte und durch die Berufsgenossenschaft zugelassene Applikation wurde nun in einer neuen MRK-Demozelle weiterentwickelt. „Solche Szenarien in Zukunft ökonomisch für den Kunden umsetzen zu können, war ein Hauptanliegen unserer Arbeit“, sagt Burzlaff. „Dazu war es notwendig das Automatisierungskonzept als Ganzes neu zu betrachten.“

Nach intensiver Marktrecherche entschieden sich die Ingenieure für die Mechanik eines Roboters des Herstellers Comau, der mit einer frei konfigurierbaren Steuerungstechnik von B&R ergänzt wird. Das Ergebnis dieser Kooperation heißt open Robotics und ermöglicht die vollständige Integration eines solchen Roboters in eine Anlage. „Comau verzichtete auf eine eigene Robotersteuerung, wodurch die Komplexität der Automatisierungstechnik deutlich sank. Dazu kommt, dass die verwendete B&R-Technik für Steuerung, Antriebs- und Sicherheitstechnik und das Technologiepaket safe Robotics nicht nur den Engineering-Aufwand entscheidend reduzierten, sondern auch die Reaktionszeit der Sicherheitstechnik“, sagt Tobias Daniel, Head of Sales and Marketing Robotics bei der Comau Deutschland GmbH.

Technologiepaket erleichtert MRK-Applikationen

Die B&R Industrial Automation GmbH kann bei diesen Applikationen die Vorteile ihrer Produkte beweisen. Steuerung, Antriebe und integrierte Sicherheitstechnik können frei ausgewählt und konfiguriert werden. Das Echtzeit-Ethernet Powerlink mit open-Safety und die Abwicklung des kompletten Engineering-Aufwands mit der Software Automation Studio überzeugte die Konstrukteure. Dazu kommen die zahlreichen Technologiepakete, mit denen der Automatisierungsspezialist die Entwicklungsarbeit weiter unterstützt.

Das Technologiepaket safe Robotics liefert zahlreiche wichtige Funktionen, mit denen MRK-Applikationen unterschiedlichster Aufgabenstellungen realisiert werden können. Es können zum Beispiel mehrere Flansche, Gelenke, Monitoring- und Toolpoints und bis zu 20 beliebig im Raum platzierbare Quader oder Ebenen gleichzeitig sicher überwacht und auch in Echtzeit neu parametriert werden. Um die Parametrierung zu erleichtern, können diese Daten direkt aus einem Simulationstool übernommen werden.

Zum Technologiepaket gehören auch sichere Antriebsfunktionen, die die Bewegung des Tool Center Point (TCP) des Roboters überwachen. Das sind zum Beispiel Funktionen für die sichere Position, Geschwindigkeit und Orientierung des Roboters oder die sichere Position des TCP. Ohne diese Funktionen wäre eine MRK-Anwendung schwer oder gar nicht zu realisieren. Dieses Gesamtpaket reduziert die Reaktionszeit einer Safety-Applikation entscheidend. „Wir erreichen in dieser Applikation sichere 320 ms Reaktionszeit von der Erfassung einer Schutzraumverletzung mit einem Laserscanner bis zur sicheren Abschaltung der Antriebe. Das ist Weltrekord“, freut sich Markus Sandhöfner, Geschäftsführer B&R Deutschland. Ergänzt wird diese Leistung durch das Know-how von EngRoTec, das durch intelligente und datenbankgestützte Software- und Regelungsprinzipien viel Hardware und sonstige Ausrüstung überflüssig macht.

Produktivität erhöhen, Arbeitsbelastung reduzieren

Den Kundennutzen sieht Burzlaff insbesondere in minimalen Sicherheitsabständen und geringerem Platzbedarf für die Schaltschränke. Der stark reduzierte Flächenbedarf führt aufgrund verkürzter Wege zu einer spürbaren Entlastung der Produktionsarbeiter. Für die Demozelle bedeutet das 15 qm weniger Fläche, 40% weniger Wegstrecke und eine um 7% verkürzte Taktzeit.

„Wenn wir noch stärker datenbankgestützt arbeiten und durch den Einsatz von open-Safety-Lichtgittern weitere Hardware einsparen, sind wir in der Lage die Reaktionszeit um weitere 70 ms zu reduzieren. Das wird die Mensch-Roboter-Kollaboration in der Montage enorm vorantreiben“, ist Burzlaff überzeugt. Es lohnt sich also, die Entwicklung dieser Technologie weiter zu verfolgen. eve

Details zur Roboterintegration von B&R http://hier.pro/EkCw5