Von der Montage in der Automobilindustrie bis hin zur Fertigung von Elektronikbauteilen reicht das Einsatzspektrum für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK), die Zusammenarbeit von Werker und Maschine. Die Ursache für den Wandel in den Fertigungshallen sind wechselhafte Märkte und die immer kürzeren Produktlebenszyklen. Wer flexibel und wandlungsfähig agiert und produziert, kann sich in dieser Situation einen Wettbewerbsvorteil verschaffen. MRK ist dafür eine mögliche Lösung. Allerdings gilt das nicht grundsätzlich und für alle Prozesse. Der Einsatz von kollaborativen Robotern, den sogenannten Cobots, muss je nach Anwendungsfall neu bewertet und hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit geprüft werden. Doch wenn die Anwendung passt, dann birgt MRK viele Potenziale.
Welcher Prozess nun geeignet ist, entscheidet sich bereits während der Planung und Konzeption der Anlage. In dieser Phase wird der Fertigungsablauf genauer betrachtet und die Frage nach der Wirtschaftlichkeit mit einbezogen. Neben ergonomischen Aspekten, die natürlich auch eine wichtige Rolle spielen, ist der Zeitfaktor entscheidend. Wie schnell kann auf MRK umgestellt werden? Und wann macht sich die neue Technik bezahlt? Das sind alles Punkte, die im Vorfeld geklärt werden müssen.
Und schließlich spielt das Thema Sicherheit bei Cobots eine zentrale Rolle. Es muss gewährleistet sein, dass der Mensch bei der Zusammenarbeit mit dem Roboter zu keinem Zeitpunkt gefährdet wird. In diesem Zusammenhang muss man sich von den typischen Eigenschaften eines Roboters im industriellen Umfeld lösen, sprich von seiner schnellen und kraftvollen Arbeitsweise. In der direkten Zusammenarbeit mit dem Menschen sind diese Merkmale nicht gefragt. Bei ausladenden Bewegungen muss der Roboter den Fertigungsschritt langsamer, dafür aber mit erhöhter Sensitivität ausführen. Kraftvolle Bewegungen sind nur dann erlaubt, wenn die Verletzungsgefahr ausgeschlossen ist.
Sollte es dennoch zu einer unerwarteten Kollision kommen, muss der Roboter augenblicklich in einen Stopp-Modus schalten und darf erst weiterarbeiten, wenn er dazu die Zustimmung vom Menschen bekommt – beispielsweise in Form einer weiteren Berührung. Und natürlich ist der Roboter nur dann für die Zusammenarbeit mit dem Werker geeignet, wenn an den Endeffektoren keine Greifer oder Werkzeuge mit scharfen oder spitzen Kanten sitzen. „Know-how, Erfahrung und eine sorgfältige Planung sind entscheidend für eine erfolgreiche MRK-Anwendung“, betont Kim Reeslev, Country Manager Denmark & Baltic States beim Roboterbauer Kuka.
Mögliche Einsatzszenarien finden sich zum Beispiel in den wenig automatisierten Bereichen der Automobilindustrie und in der Montage. Hier kann der Roboter den Menschen optimal entlasten. Ein weiteres, lohnendes Umfeld für den Cobot ist die Qualitätsprüfung. Allerdings muss die jeweilige Situation immer einzeln betrachtet werden und dabei steht der Schutz des Werkers an erster Stelle. Ausschlaggebend sind hier die beiden zentralen Sicherheitsnormen ISO 10218 und TS15066 sowie die gängigen Maschinenrichtlinien. Die MRK-Lösung wird nur mit einer CE-Kennzeichnung vom Gesetzgeber erlaubt.
Die Validierung von MRK-Applikationen ist also ein entscheidender Schritt bei der Integration in eine Anlage, denn bestimmte Standards müssen laut Gesetzgebung eingehalten werden, um produzieren zu dürfen. Von der Risikobeurteilung über das Sicherheitskonzept und die Prüfung aller Kollisionsszenarien geht es schließlich zur CE-Kennzeichnung. Es müssen alle Risikofaktoren vor, während und nach der Benutzung des Roboters beurteilt und eine CE-Dokumentation erstellt werden. Dazu gehört auch eine generelle Beschreibung des Roboters und seine Nutzung. Der Anwender muss also festhalten, wann die Maschine aktiv ist, wann sie sich im Ruhemodus befindet und wann sie gereinigt wird. Denn am Ende ist es der Integrator oder der Anwender, der bei fehlender CE-Kennzeichnung haftet. Es muss also sichergestellt sein, dass die Anwendung den geltenden Richtlinien und Vorschriften entspricht.
Typische Risikofaktoren, die auf dem Weg zur CE-Konformität auftreten können, sind zum Beispiel gefährliche Endeffektoren mit scharfen Kanten oder eine falsche Konfiguration des Stopp-Mechanismus bei Kollision mit dem Roboter. Im Zusammenhang mit einer Karambolage muss man sich die Frage stellen, wie nah der Roboter dem Menschen kommt und wie schnell er dabei fahren darf. Diese Überlegungen sind relevant, wenn Kollisionen vermieden werden sollen. Der Roboter muss nämlich zum Stillstand kommen, wenn ihn der Mensch gerade erreicht.
Sollen Mensch und Roboter wirklich miteinander arbeiten, sozusagen Hand in Hand, dann ist eine Kraft- und Leistungsbegrenzung des Roboters nötig. Der Werker kann den mechanischen Helfer anfassen, führen und auch mit ihm zusammenstoßen. Damit das alles gefahrlos geschieht, muss der Roboter sensitive Eigenschaften aufweisen und sicherstellen, dass biomechanische Grenzwerte wie Kraft und Druck bei einer möglichen Kollision nicht überschritten werden. All diese Aspekte müssen bei der Risikoanalyse beachtet werden, bevor die Applikation in Betrieb genommen werden kann. „Es reicht nicht, einfach nur auf die Normen zu schauen“, betont Kim Reeslev. „In manchen Situationen ist es notwendig, zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen vorzunehmen“. Eine MRK-Integration gelingt also nur, wenn alle Aspekte der Sicherheit beachtet werden und sich die Lösung am Ende auch noch wirtschaftlich rechnet.
Aber die Mühe lohnt sich, denn es gibt viele Gründe, die für eine MRK-Lösung sprechen. Mitarbeiter werden entlastet von sich ständig wiederholenden Tätigkeiten, Prozesse lassen sich flexibler gestalten und die Fertigung bleibt wandlungsfähig. Wenn sich der Fertigungsschritt wirklich dafür eignet, dann sollte man sich von den erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen nicht abschrecken lassen. Empfehlenswert ist, sich bei einem erfahrenen Partner wie Kuka Unterstützung zu holen. Die Augsburger liefern nicht nur den richtigen Roboter mit den nötigen Voraussetzungen für eine gefahrlose Zusammenarbeit, sondern sie schauen sich den gesamten Prozess genau an. Am Ende bekommt der Anwender eine gut abgesicherte MRK-Lösung. Roboter, Sicherheitsfunktionen, Teilkomponenten und die komplette Sensorik passen zusammen und sind offiziell zertifiziert. (us)
