In der Produktion gibt es diverse Tätigkeiten, bei denen der Mitarbeiter durch Automatisierungstechnik unterstützt oder entlastet werden könnte. Klassische Automatisierungslösungen zeichnen sich durch Kraft, Schnelligkeit und Präzision aus. Der Mitarbeiter muss jedoch durch Vorrichtungen wie Zäune und Lichtvorhänge geschützt werden. Daraus resultiert ein entsprechender Platzbedarf. Weitere Nachteile sind die geringe Flexibilität und hohe Kosten. Für Unternehmen mit geringeren Stückzahlen lohnt sich der Einsatz meistens nicht. Die Entwicklung neuer Leichtbauroboter macht es möglich, im kollaborierenden Betrieb eingesetzt zu werden. Kollaborierend bedeutet, dass der Mensch und der Roboter sich nicht nur den gleichen Arbeitsraum teilen, sondern auch miteinander interagieren.

Sicherheitsfunktionen im Fokus

Gerade weil es im kollaborierenden Betrieb zum Kontakt zwischen Roboter und Werker kommen darf, spielt die Möglichkeit der Leistungs- und Kraftbegrenzung eine übergeordnete Rolle. In der technischen Spezifikation ISO TS 15066 sind Belastungsobergrenzen für den menschlichen Körper zusammengefasst. Beispielsweise können in besonders empfindliche Regionen eines Menschen, etwa im Gesicht, ab einer Krafteinwirkung von 65 Newton Verletzungen auftreten. Die Belastungsgrenze im Bereich Schultern und Rücken liegt dahingegen bei 210 Newton. Um jedoch Schaden abzuwenden, ist es wichtig, den Kontakt zwischen Roboter und Mensch so schnell wie möglich zu detektieren und Maßnahmen wie den Stopp der Motoren oder eine Ausweichbewegung einzuleiten. Somit müssen kollaborierende Roboter Sicherheitsfunktion nach EN ISO 13849-1 Kategorie 3 PLd erfüllen. Um die entstehenden Drücke somit Kraft pro Fläche möglichst zu verringern, sollten alle Teile des Roboters gerundete Kanten haben.

Roboter darf  Werker nicht „stressen“

Nicht nur die physische, sondern auch die psychische Belastung auf den Mitarbeiter muss berücksichtigt werden. Eine Studie am Institut für Arbeitsschutz in Sankt Augustin zeigt, dass Menschen sich durch schnelle und unvorhersehbare Bewegungen eines Roboters irritieren lassen. Stress und Fehlerhäufigkeiten nehmen zu. Auch hier ist die Begrenzung von Leistung und Kraft wesentlich. In jedem Fall muss vor dem Einsatz eines kollaborierenden Roboters eine Risikoanalyse basierend auf dem technischen Report ISO/TR 14121-2 durchgeführt werden. Nach einer umfassenden Planung kann der Roboter dann angelernt („geteacht“) oder programmiert werden.

Ein Beispiel: Auf einer 360° Montageinsel montieren hoch spezialisierte Mitarbeiter im One-Piece-Flow. Diese können bei Leistungsspitzen durch den Einsatz von Leichtbaurobotern entlastet werden. In diesem Beispiel könnte ein Roboter Teile aus einer Maschine entnehmen und dem Montagemitarbeiter auf einem Förderband bereitstellen. An einer weiteren Station könnte ein Roboter Teile in eine Vorrichtung einlegen, diese betätigen und wieder entnehmen. Dafür müssen die Teile in einem Magazin angeliefert werden. Je nach Aufgabe werden bestimmte Kräfte und Freiheitsgrade benötigt. Der Roboter benötigt hier mindestens sechs Achsen, um beliebige Orientierungen des Endeffektors im Raum zu erhalten und den Bewegungsraum des menschlichen Arms nachzuempfinden.

Anbindung in die Produktion durch Elam

Anwender können Robotermodelle unterschiedlicher Hersteller wählen. Manche Modelle sind eher für den Dauereinsatz mit hohen Stückzahlen geeignet, andere für den schnellen und zeitlich begrenzten Einsatz. Mit der Elam-Software von Armbruster Engineering werden Roboter und andere steuerfähige Geräte an ein Manufaktursystem angebunden und betrieben. Dabei ist es unerheblich ist, ob der Teilprozess vom Roboter oder von einem Mitarbeiter durchgeführt wird. In jedem Fall wird das Ergebnis dokumentiert – und im Falle der Ausführung durch den Mitarbeiter tritt automatisch die Assistenzanzeige in den Vordergrund. Die Auftragseinleitung kann durch ein ERP-System erfolgen. pb