[me] im Gespräch mit ...

Jakob Berghofer

von Kuka

 

 

Kollaborieren mit sicherer Technik

 

Er hat runde Formen, fährt mit begrenzter Geschwindigkeit und erkennt, wenn es zu Kollisionen mit dem Kollegen Mensch kommt. Die tun dann keinem weh. Außerdem wird das Team Mensch-Roboter immer neue Aufgaben in der Smart Factory übernehmen – „und nicht nur dort“, sagt Jakob Berghofer von Kuka im Gespräch mit der [me]-Redaktion.


Wie weit entwickelt ist das schutzzaunlose „Nebeneinander-Arbeiten“ von Mensch und Roboter heute?


Jakob Berghofer: Zur direkten Zusammenarbeit von Mensch und Roboter, also der MRK, kommt es vor allem in Bereichen, die bislang noch nicht oder kaum automatisiert waren. Ein Beispiel dafür ist die Automobilindustrie: Im Rohbau sind 95 Prozent der Prozesse automatisiert und nur noch fünf Prozent erfolgen manuell. In der Endmontage ist es genau umgekehrt: 95 Prozent der Arbeiten übernehmen die Werker. Dort können Tätigkeiten, die sehr viel Kraft erfordern oder ergonomisch ungünstig sind, durch den sinnvollen Einsatz von Assistenzrobotern erleichtert werden. Unser LBR iiwa wird etwa in der Motoren- und Getriebemontage sowie der Endmontage im Automobilbau im Serienbetrieb eingesetzt. Und auch bei Siemens ist der LBR iiwa schon im Serieneinsatz. Doch auch in vielen weiteren Branchen und Anwendungsumfeldern sind die Potenziale für MRK enorm groß.

 

Ein wichtiger Part für die Mensch-Roboter-Kollaboration ist die Sicherheitstechnik.


Die Ergonomie des Roboters muss auf den direkten Kontakt ausgelegt sein. Der Roboter und seine mechanischen Komponenten dürfen beispielsweise keine scharfen Kanten aufweisen. Für einen Kontakt zwischen Mensch und Roboter muss der Roboter seine Geschwindigkeit sicher begrenzen können, um die im System gespeicherte kinetische Energie zu begrenzen. Er muss Kollisionen zuverlässig erkennen und Kräfte, die er auf den Menschen ausüben könnte auf ein sicheres Niveau begrenzen. Alle diese Funktionen müssen in sicherer Technik realisiert sein. Dazu hat Kuka den LBR iiwa mit sicheren Sensoren ausgestattet, mit denen er die Umwelt „fühlen“ kann. Durch die integrierte Sensorik in allen sieben Achsen kann der LBR sehr schnell auf äußere Kräfte reagieren.
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Über die Sicherheit des Roboters hinaus muss der gemeinsame Arbeitsplatz von Roboter und Mensch den notwendigen Anforderungen genügen, damit risikoarm zusammengearbeitet werden kann. Kuka arbeitet hier eng mit seinen Kunden an solchen sicheren Zellenkonzepten.


 
Wie werden die zulässigen Höchstgeschwindigkeiten und Kräfte des Roboters ermittelt, ab der die Sensoren ihn stoppen oder drastisch verlangsamen?


In der Applikationsentwicklung arbeiten wir in gängigen Simulationsumgebungen, in denen beispielsweise die maximal zulässige Geschwindigkeit in einer Applikation ermittelt werden kann. Zusätzlich gibt es mittlerweile Vorgaben aus der ISO/TS 15066, die angeben, welche maximalen Kollisionskräfte in welchem Bereich des menschlichen Körpers zulässig sind. Diese können wir über Messinstrumente am realen Roboter überprüfen.

 

Anwendungen, in denen eine konventionelle Roboterzelle mit Schutzzäunen aufgrund des Prozesses nicht eingesetzt werden kann, sind doch eher die selteneren Robotereinsätze („etwas Schutzzaun geht immer …“). Wird die MRK nicht überschätzt?


Der Einsatz von Industrierobotern hat in den vergangenen Jahren stetig zugenommen. Aufgrund komplexer werdender Prozesse wird das Automationsumfeld immer anspruchsvoller und stellt die Hersteller von Industrierobotern vor neue Herausforderungen. Die Weiterentwicklung industrieller Produktionsprozesse fordert neue feinfühlige und nachgiebige Lösungen – auch im Hinblick auf den vermehrten Einsatz von Robotern im direkten Arbeitsumfeld des Menschen.


Es geht nicht um den Schutzzaun selbst, sondern um den Mehrwert, der sich dadurch ergibt, dass der Werker in direkter Kollaboration mit dem Roboter arbeitet. Überall dort, wo ein Mehrwert durch die direkte Mensch-Roboter-Kollaboration entsteht, macht dies besonders Sinn: Verdichtung von Fläche, Materialzuführung ohne Anlagenstopp, verbesserte Zugänglichkeiten, flexiblere Zellenkonzepte, Programmieren durch Vormachen, sinnvolle Aufteilung von kognitiven Aufgaben (auf den Mensch) und repetitiven Aufgaben (auf den Roboter).


Abhängig von verschiedenen Einflussgrößen, wie Taktzeiten, Losgrößen, Mitarbeiterverfügbarkeiten und vor allem Prozessen, werden die automatisierten Produktionsstationen von morgen sinnvoll ausgestaltet sein. Dies kann von einer reinen manuellen Montagestation bis hin zu einer vollautomatisierten Ausschweißstation reichen. Dazwischen skaliert und gestaltet sich der Einsatz von MRK-Lösungen.

 

Wo MRK eingesetzt wird, funktioniert sie oft nur, wenn deutlich geringere Geschwindigkeiten gefahren werden. Rechnet sich das dann noch?


Zur direkten Kollaboration von Mensch und Roboter kommt es vor allem in den Bereichen, die heute bislang kaum oder nicht automatisiert waren. Hier unterstützt der Roboter den Menschen sinnvoll bei Tätigkeiten, die für ihn körperlich anstrengend oder gefährlich sind – und das rechnet sich in jedem Fall. Durch eine geschickte Planung der Applikation kann der Roboter seine Geschwindigkeit auch kontextbezogen anpassen: so kann er in einem Bereich, in dem kein Kontakt mit dem Menschen möglich ist, seine Geschwindigkeit erhöhen. Fährt er in den Eingriffsbereich des Menschen, reduziert er seine Geschwindigkeit nur für diesen Teil der Applikation.

 

Welche Anwendungen profitieren tatsächlich davon? Welche Beispiele für effektive kollaborative Robotik können Sie als Referenz nennen?


Unergonomische Tätigkeiten, wie das Überkopfarbeiten oder das Hineinbeugen in das Innere einer Fahrzeugkarosse, können durch den Einsatz eines Kuka flexFellow, eines Springerkonzepts mit dem LBR iiwa, vermieden werden.


Der deutsche Maschinenbauer Arburg hat eine informationstechnisch komplett vernetzte und vollautomatisierte Fertigungslinie entwickelt, mit der sich in Serie gefertigte Spritzguss-Produkte auf Kundenwunsch direkt in der Produktionslinie individualisieren lassen. Hierfür bringt der Freeformer, das additive Fertigungsystem von Arburg, individuelle Schriftzüge und Symbole aus Kunststoff auf das Produkt auf und macht es so zum Unikat. Der Kuka Systempartner FPT ermöglichte dabei die Automatisierung des Freeformers. Die Herstellung individualisierter Büroscheren wurde auf der Kunststoffmesse Fakuma 2015 als Highlight zum Schwerpunktthema Industrie 4.0 präsentiert. Mit dabei war Kuka LBR iiwa.


Am Standort Bad Neustadt an der Saale betreibt Siemens eine Lead Factory für Elektromotoren. Dort werden unter anderem auch die Motoren für zahlreiche Kuka-Roboter produziert. Mit einer Expertise von mehreren Hunderttausend Elektromotoren und circa 1700 Mitarbeitern ist die Lead Factory ein innovatives Beispiel für Hightech made in Germany. Im Rahmen der Herstellung von Statoren wurde eine flexible Lösung gesucht, um die bisher händisch ausgeführte, einfache Tätigkeit der Weitergabe und Platzierung von Werkstücken automatisiert zu erledigen – bei hoher Qualität und dauerhafter Zugänglichkeit des Werkraumes für den Menschen ohne Eingrenzung. Zusammen mit der Augsburger Kuka Systems GmbH und ihrem Bereich Advanced Technology Solutions wurde hierfür eine flexible Zelle mit dem Kuka Leichtbauroboter LBR iiwa entwickelt.

 

Was sind Ihre Zugpferde in Sachen Mensch-Roboter-Kollaboration? Was leisten sie in ihren Anwendungen an Kollaboration mit dem Menschen?


Der LBR iiwa kann den Menschen bei nicht ergonomischer, monotoner und schwerer Arbeit entlasten. Die Zusammenarbeit mit unseren Kunden hat gezeigt, dass es den Roboter in verschiedenen Varianten geben muss. So gibt es den LBR iiwa mit Traglasten von 7 Kilogramm und 14 Kilogramm. Aufgrund der kinematischen Redundanz durch sieben Achsen ist der Leichtbauroboter ideal für enge Einbausituationen geeignet – wobei ihm auch seine geringe Größe, die schlanke Bauform und das geringe Eigengewicht von nur 23,9 Kilogramm (bei einer Traglast von 7 Kilogramm) bzw. 29,9 Kilogramm (bei 14 Kilogramm Traglast) zugutekommen. Klein und leicht überzeugt der LBR iiwa durch höchste Flexibilität und Mobilität und weist einen geringen Energieverbrauch auf. Durch sein futuristisches Design mit glatten, runden Formen umgeht er Störkonturen und lässt sich einfach in Produktionsanlagen integrieren.

 

Was ist hier der genaue Unterschied zwischen Kooperation und Kollaboration mit dem Roboter?


Zwischen rein manuellen Arbeitsstationen und vollautomatisierten Fertigungslinien befindet sich eine ganze Bandbreite von Tätigkeiten für den MRK-Einsatz. Dies reicht vom „Nebeneinander“ von Mensch und Maschine in einem geteilten Arbeitsraum, bei dem keine direkte Interaktion stattfindet, bis hin zur Kollaboration, also der direkten Interaktion von Mensch und Roboter, bei der der Werker beispielsweise den Roboter führt und ihm durch Vormachen zeigt, welche Schritte als nächstes ausgeführt werden sollen. 

 

Wie und mit wem kollaboriert der Roboter in zehn Jahren?


Für Kuka steht in der Fabrik der Zukunft der Mensch im Mittelpunkt der Produktion. Wir haben den Leichtbauroboter LBR iiwa für die direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen entwickelt. Da der feinfühlige Roboter mit intelligenten Sicherheitstechnologien ausgestattet ist, werden Schutzzäune überflüssig. Er erkennt zum Beispiel geringe Widerstände und stoppt rechtzeitig. Der Roboter entlastet den Menschen. Er kann ihm direkt assistieren und ihn von monotonen, kräftezehrenden und nicht ergonomischen Arbeiten befreien. Roboter und Mensch bilden das optimale Team in der Smart Factory: Der Mensch ist und bleibt kognitiv überlegen, ist kreativ und arbeitet als Stratege – während der Roboter seine Wiederholgenauigkeit, seine Kraft und Ausdauer in die Zusammenarbeit einbringt.


Für die folgende Generation wird der Roboter ein ganz selbstverständlicher Teil der Arbeitswelt sein. Die sogenannte „Generation R“, wird mit roboterbasierten Systemen aller Art aufwachsen und mit ihnen interagieren. Für sie wird der Umgang mit roboterbasierten Automatisierungslösungen so selbstverständlich sein, wie für uns heute der Umgang mit dem Internet, Smartphones oder Tablet-PCs.

www.kuka.de


Die Fragen stellte Peter Schäfer

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Beitrag aus [me] 3/2016

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