[me] im Gespräch mit ...

Tomas Prchal

von B&R

 

 

Mensch und Roboter arbeiten zusammen. Roboter gelten nicht mehr als Wettbewerber um Arbeitsplätze, sondern als zuverlässiger Nebenmann. Geht es nach den Roboterherstellern, entsteht daraus ein Dream-Team, das diverse Jobs gemeinsam produktiver erledigt. Doch wie weit sind wir wirklich auf dem Weg zur Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Lassen sich Produktionsabläufe optimieren? Ist der Kollege Roboter wirklich so rücksichtsvoll? Welche Rolle nimmt der Mensch in diesem Szenario ein?

Die [me] hat Roboter-Hersteller und Automatisierer befragt.

In [me] 2.2017 antworten Geschäftsführer Helmut Schmid für Universal Robots und Tomas Prchal. Er ist Global Technology Manager, Metal and Robotics bei B&R.

Gefragt: Tomas Prchal, Global Technology Manager, Metal and Robotics bei B&R

MRK und Sicherheit: Bei der direkten Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine steht die Sicherheit der Mitarbeiter an erster Stelle. Wie sicher das sein kann, hängt auch von der Applikation ab, oder?


Tomas Prchal: Das Restrisiko kann man mit sicherheitstechnischen Maßnahmen minimieren, doch nie völlig beheben. Das Restrisiko hängt natürlich auch von der konkreten Applikation ab.

 

Inwieweit können voneinander unabhängige Sicherheitsvorrichtungen die maximale Sicherheit am Arbeitsplatz gewährleisten?


Ein redundanter Einsatz voneinander unabhängiger Sicherheitsvorrichtungen reduziert die Risiken weitgehend. Eine unnötige Überdimensionierung der Sicherheitsvorrichtungen beeinträchtigt aber Produktivität und Benutzerfreundlichkeit der Anlage. Daher müssen die Sicherheitsvorrichtungen immer individuell auf die jeweilige Applikation angepasst werden. Wir dürfen nicht vergessen, die Motivation hinter jeder MRK-Anwendung ist, dass die Anlagenproduktivität erhöht wird.

 

MRK und Produktivität: Wie wird ein sicherer MRK-Roboter in eine Produktionslinie am Band integriert? Gibt es dazu extra Bereiche, die sicher sind, in denen aber langsamer gearbeitet wird?


Die B&R-SafeRobotics-Funktionen ermöglichen die Definition von unterschiedlichen Bereichen. Für jeden Bereich wird exakt festgelegt, wie sich der Roboter verhalten soll. So können Geschwindigkeit und Beschleunigung sämtlicher Roboterbestandteile und etwaiger Werkzeuge sicher begrenzt werden. Ebenso ist es möglich, die Ausrichtung eines Werkzeuges sicher zu überwachen. Das ist zum Beispiel beim Wasser- oder Laserschneiden entscheidend, um die Sicherheit des Bedieners zu gewährleisten. Durch die Definition von Bereichen mit unterschiedlichen Sicherheitsfunktionen wird die benötigte Sicherheit garantiert, ohne die Produktivität zu stark zu beeinträchtigen.

Die Fragen stellte Peter Schäfer.

 

 

Robotersicherheit erhöht

Immer häufiger werden Industrieroboter in der automatisierten Fertigung eingesetzt. Bislang allerdings mussten sie aus Sicherheitsgründen in Zellen isoliert werden. B&R hat mit TÜV-zertifizierten Funktionsbausteinen die Robotersicherheit so weit erhöht, dass Mensch und Roboter Hand in Hand zusammenarbeiten können – ohne trennende Schutzeinrichtungen.

TOMAS PRCHAL


Sicherheitstechnische Anforderungen an Industrieroboter bzw. Robotersysteme in Kollaboration mit menschlicher Arbeitskraft werden in den Normen EN ISO 10218, Teil 1 und Teil 2 geregelt. Sie legen unter anderem fest, bis zu welchem Maß der menschliche Körper belastet werden darf. Diese definierten Höchstgrenzen gewährleisten, dass Menschen, die mit Robotern zusammenarbeiten, nicht ernsthaft gefährdet werden. Als Richtwert gilt: Eine sichere Kraftbegrenzung auf maximal 150 N, eine sicher auf maximal 250 mm/s reduzierte Geschwindigkeit und selbsttätiges Anhalten bei Annäherung halten die Folgen von Kollisionen harmlos.

 

TÜV-zertifizierte Sicherheit am TCP


Hinter den Verfahrwegen von Werkzeugen oder Greifern, mit denen Industrieroboter ihre Arbeit verrichten, stehen komplexe Achs-Bewegungsmuster der vielgelenkigen Maschinen. Wichtig ist, dass sich die sichere Überwachung der Geschwindigkeit nicht nur auf einzelne Achsen bezieht, sondern auf den gesamten Roboter und damit auch auf den Werkzeugarbeitspunkt (TCP: Tool Center Point).


Als ersten Baustein einer erweiterten Roboter-Sicherheit schuf B&R 2011 die Funktion SLS (Safely Limited Speed) am TCP als SafeRobotics-Bibliothek mit TÜV-zertifizierten Parameter- und Funktionsbausteinen für die sichere Programmierumgebung SafeDesigner.


Mit diesen Funktionsbausteinen werden sicherheitsgerichtete Steuerungsprogramme in der Sicherheitssteuerung SafeLogic entwickelt. Diese ermitteln durch Transformation der sicheren Informationen über Status, Position und Geschwindigkeit der einzelnen Achsen die tatsächliche Geschwindigkeit am Werkzeugarbeitspunkt und vergleichen sie mit den sicheren Vorgabewerten.

 

SafeMC – sichere Bewegungssteuerung


Direkt in den Antrieben, die mit der sicheren Bewegungssteuerung SafeMC ausgestattet sind, erfolgt sowohl die Aufnahme der sicheren Daten als auch die Ausführung der Sicherheitsfunktionen. Sicher übertragen werden die Informationen über das feldbusunabhängige, sicherheitsgerichtete Übertragungsprotokoll openSafety.


SafeMC ist integraler Bestandteil der Acopos-multi-Servoantriebe von B&R. Die Antriebe weisen eine typische Fehleraufdeckungs- und Reaktionszeit von 7 ms auf. Das entspricht etwa einem Zehntel dessen, was mit Relais-Sicherheitsschaltungen erzielbar ist und verkürzt den Anhalteweg um den Faktor 100.


In der ersten Version der SafeRobotics-Funktionen bediente sich das Überwachungs-Softwaremodul eines Kinematik-Beschreibungsbausteins. Dieser ist für alle gängigen Robotertypen frei konfigurierbar. Allerdings birgt dies einen Nachteil: Die resultierende Sicherheitsapplikation müsste für jeden Robotertyp separat zertifiziert werden.


Um Kunden diesen Aufwand abzunehmen, hat B&R eine effizientere Lösung entwickelt und verwendet nun einen Satz homogener Parameter zur Kinematikbeschreibung. Der Vorteil liegt klar auf der Hand: Dieser ist unabhängig von den tatsächlich hinterlegten Werten allgemein für jede erdenkliche Kinematik mit bis zu elf Dreh- oder Schubachsen gültig.

 

Mehr Freiheit mit zusätzlichem Komfort


Dass die Programmierung für die Sicherheitssteuerung nicht erneut zertifiziert werden muss, ist jedoch nur ein Vorteil der B&R-Lösung. Darüber hinaus können mittels der Parameter für die Transformation auch Mischkonfigurationen beschrieben werden. Dabei bewegt sich der Roboter zusätzlich auf einer linearen Portalachse oder auf einem Rundtisch.


Mittels der Parameter werden auch Mechaniken beherrschbar, bei denen unterschiedliche Achsen mechanisch miteinander verkoppelt sind. Dreht sich zum Beispiel Achse 4, so ändert Achse 5 gleichzeitig ihren Winkel.


Teil der erweiterten Möglichkeiten von SafeRobotics ist ein weiterer Funktionsblock, der die zusätzlichen Freiheitsgrade leichter handhabbar macht. Er prüft die hinterlegten Parameter auf Plausibilität. So wird die Safely Limited Speed am Tool Center Point zum einfach anwendbaren Sicherheits-Baukasten – speziell wenn Anwender auf vorinstallierte Parametersätze handelsüblicher Robotertypen zurückgreifen, die von den Roboterherstellern bereitgestellt werden.

 

Anwender werden optimal unterstützt


Bei der Art der Ansteuerung hat der Anwender freie Wahl, unabhängig davon, ob die Robotersteuerung des Kinematikherstellers verwendet wird oder eine Einbindung in allgemeine Steuerungssysteme besteht. Möglich macht dies das offene und busunabhängige Sicherheitsprotokoll openSafety. Einzige Voraussetzung ist lediglich die Bereitstellung sicherheitsgerichteter Positionsdaten und die Möglichkeit der Antriebe, sichere Reaktionen zu verarbeiten. Bestens geeignet dafür sind Antriebskomponenten wie Acopos-Multi mit SafeMC aufgrund der integrierten Sicherheitsfunktionen und der erhöhten Reaktionsfähigkeit.

www.br-automation.com

 

 

Beitrag und Interview aus [me] 2/2017
 
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