Safety

Sick: In perfekter Harmonie

Mensch-Roboter-Interaktion: produktiv und sicher

11.01.2021 - In zahlreichen Einsatzgebieten und bei unterschiedlichsten Arbeitsabläufen werden Menschen von Robotern unterstützt

Ob in der Montage, in der Fertigung, in der Verpackungstechnik oder in der Intralogistik – in zahlreichen Einsatzgebieten und bei unterschiedlichsten Arbeitsabläufen werden Menschen von Robotern unterstützt. Mehr Flexibilität und Produktivität sind die wichtigsten Ziele eines solchen kooperativen Roboterbetriebs. Gleichzeitig ist Personen­sicherheit im Umfeld von Robotern ein Muss. Das Sicherheitssystem sBot Speed-UR von Sick vereint beide Zielsetzungen: es sorgt für produktive Arbeitsprozesse und zugleich für eine sichere Arbeitsumgebung.

Bei sBot Speed-UR handelt es sich um eine sicherheitsgeprüfte und integrationsfertige Systemlösung für kooperative Roboteranwendungen. Die zentralen Komponenten sind ein Sicherheits-Laserscanner S300 mini und eine Sicherheitssteuerung FlexiSoft. Das Sicherheitspaket hat aber nicht nur den Schutz von Personen im Arbeitsumfeld eines Roboters im Blick, sondern zugleich auch die Prozesseffizienz der Mensch-Roboter-Interaktion. Sicherheit und Produktivität – was im ersten Moment vielleicht als Spagat zwischen zwei divergierenden Zielvorgaben erscheint, ist für sBot Speed-UR kein Widerspruch, sondern zwei Seiten derselben Medaille. Möglich macht die sichere und produktive Zusammenarbeit von Mensch und Maschine das adaptive Wahrnehmungsvermögen des Sicherheitssystems, mit dem es die Betriebsbedingungen des Roboters automatisch an die Position von Personen in dessen Umfeld anpasst.

Kooperative Roboteranwendungen sind dadurch gekennzeichnet, dass sich Mensch und Maschine zu unterschiedlichen Zeitpunkten den gleichen Arbeitsraum teilen. Mechanisch trennende Schutzeinrichtungen, bei denen der Werker nur durch eine Sicherheitstür zum Roboter gelangen kann, sind für optimale und effiziente Arbeitsabläufe jedoch oft hinderlich. Daher werden solche Roboter-szenarien, deren Ziel ja ein Mehr an Produktivität ist, mit einem offen zugänglichen Arbeitsraum konzipiert – der im laufenden Betrieb zugleich zum Gefahrenbereich wird. Das berührungslose Sicherheitskonzept sBot Speed-UR ist für eben solche Anwendungen konzipiert und verbindet Sicherheit mit Prozesseffizienz und Produktivität.

Adaptive Wahrnehmung optimiert Leistungsfähigkeit von Roboteran­wendungen
Das „Auge“ des Sicherheitssystems ist ein Sicherheits-Laserscanner S300 mini. Er erfüllt die sicherheitstechnischen Anforderungen des Performance Level d nach EN ISO 13849 sowie SIL2 nach IEC 61508 und entspricht den Anforderungen an optoelektronische Schutzeinrichtung gemäß Typ 3 der IEC 61496. Die Reichweite des 270°-Schutzfeldes beträgt bis zu drei Meter. Das visuelle Wahrnehmungsvermögen des Sensors ist gepaart mit der Möglichkeit, innerhalb des Sichtfeldes unterschiedliche Feldsätze zu überwachen – jeweils bestehend aus einem Warn- und einem Schutzfeld. Im Kontext des Sicherheitssystems sBot Speed-UR werden zwei Feldsätze überwacht, die jeweils abhängig von der aktuellen Robotergeschwindigkeit sind und die Grundlage des adaptiven Wahrnehmungsvermögens bilden.

Die Sicherheitssteuerung FlexiSoft – auch sie erfüllt alle relevanten sicherheitstechnischen Vorgaben – fungiert als intelligentes Bindeglied zwischen dem Laserscanner und der Robotersteuerung. Sie ist im Falle einer Personenannäherung für die Aktivierung der definierten sicherheitsüberwachten Geschwindigkeit des Roboters verantwortlich – bis hin zum Auslösen des Sicherheitshalts oder, wenn nötig, eines Not-Halts. Hat die Person das Schutzfeld wieder verlassen, prüft sie, ob die Bedingungen für einen gefahrlosen, automatischen Wiederanlauf erfüllt sind. Auf dieses Weise wird auch ein unerwartetes Anlaufen des Roboters sicher vermieden, beispielsweise bei Einricht- oder Servicearbeiten.

Adaptive Wahrnehmung sowie die sicherheits- und prozesslogisch richtigen Entscheidungen – das ist die große Kunst, die sBot Speed-UR meisterhaft beherrscht. Das Sicherheitssystem passt die Betriebsbedingungen von Robotern entsprechend des Aufenthalts von Personen in dessen Arbeitsbereich an und unterstützt so die optimale Produktivität von Roboteranwendungen. Die Überwachung des Arbeitsraumes des Roboters erfolgt durch zwei Feldsätze. Der größere Feldsatz 1 ist, was Bewegungsdynamik, Maschinennachlauf und Gefährdungsrisiko betrifft, auf die Produktionsgeschwindigkeit des Roboters ausgelegt. Der geometrisch kleinere Feldsatz 2 berücksichtigt diese Faktoren bei einer sicher reduzierter Maschinengeschwindigkeit, wie sie sich durch Personen ergibt, die vom größeren Feldsatz detektiert werden.

Weniger Stillstand, schonender ­Roboterbetrieb, mehr Produktivität
Was heißt das konkret im kooperativen Roboterbetrieb? Betritt eine Person im laufenden Prozess das Warnfeld von Feldsatz 1, reduziert der Roboter sicher seine Geschwindigkeit. Da der Roboter jetzt langsamer läuft und dementsprechend eine geringere Dynamik und kürzere Nachlaufzeit im Falle eines Sicherheits- oder Not-Halt aufweist, aktiviert das sBot Speed-UR jetzt Feldsatz 2 mit einem verkleinerten Schutzfeld. Erst wenn dieses betreten wird, geht der Roboter in den Sicherheitshalt über. Entfernt sich die Person wieder aus dem Arbeitsbereich, läuft der Roboter automatisch wieder an – zunächst noch mit sicher reduzierter Geschwindigkeit und überwacht durch Feldsatz 2. Danach nimmt er die ursprüngliche Arbeitsgeschwindigkeit mit Absicherung durch Feldsatz 1 wieder auf.

Diese so sicher überwachte Reduzierung der Geschwindigkeit bedeutet gegenüber einem vollständigen Stopp und Prozessstillstand mehr Produktivität und Verfügbarkeit bei optimierter Mensch-Roboter-Interaktion. Das Sicherheitssystem sBot Speed-UR erlaubt es zudem, den Roboter im Einrichtbetrieb manuell zu bewegen, um beispielsweise Greifpunkte einzulernen. Neue Aufgaben können so schnell und flexibel eingerichtet werden.

Einfache Adaption an unterschiedliche Einsatzorte
Die Wirtschaftlichkeit von Robotern steigt mit der Möglichkeit, sie für unterschiedliche Tätigkeiten in wechselnden Arbeitsumfeldern einzusetzen. Mit sBot Speed-UR ist dies ohne Einschränkungen möglich. In der Steuerung des Sicherheitssystems lassen sich unterschiedliche, orts- und funktionsbezogene Konfigurationen von Feldsätzen hinterlegen. Aktiviert werden können die jeweils korrekten Schutzfeldeinstellungen beispielsweise dann, wenn ein RFID-Sicherheitssystem wie das TR4 von Sick dem Roboter seine neue Arbeitsposition meldet. Mit der korrekten Identifikation der Arbeitsposition werden die Einstellungen von sBot Speed-UR für die neue Arbeitsumgebung freigegeben. Der Anwender braucht den Roboter also nur in Position zu bringen, um ihn sofort startklar zu machen. Ohne Freigabe durch den richtigen ID-Code, also beispielsweise an einem falschen oder einem nicht vorgesehenen Aufstellungsort, kann sBot Speed-UR – und damit der Roboter – nicht gestartet werden.

sBot Speed-UR – das schlüsselfertige Sicherheitssystem für Roboter von Universal Robots
Die Systemvariante sBot Speed-UR ist die erste herstellerbezogene Ausführung des Sicherheitssystems sBot Speed. Sie ist in wesentlichen Punkten speziell auf den Einsatz in den Robotermodellen UR3, UR5 und UR10 des Herstellers Universal Robots abgestimmt. Dies betrifft beispielsweise den UR-spezifischen Verdrahtungsplan und die Parametereinstellungen für die wählbaren Betriebsarten „Aktivbetrieb“ und „Programmiermodus“. Auch die Beschreibung und Anbindung zusätzlicher Sicherheitskomponenten, die zur Erfüllung relevanter Sicherheitsstandards erforderlich sind, sowie die Einstellhinweise für die UR-Sicherheitskonfiguration sind speziell auf die genannten Robotermodelle ausgelegt. Der Verdrahtungsplan, das Sicherheitslogik-Programm, die UR-bezogenen Parametereinstellungen und die SISTEMA-Datei sind zudem in der ausführlichen Dokumentation enthalten.
Das Sicherheitssystem sBot Speed-UR ermöglicht es dem Inbetriebnehmer oder dem Bediener, beim Einrichten des Roboters oder bei Änderungen von Funktionen den Roboter zu programmieren und dabei sicher zu bewegen. sBot Speed und die Variante sBot Speed-UR sind sofort verfügbar – weitere Varianten mit anderen Roboter-Herstellern sind in Vorbereitung.

Beide Sicherheitssysteme bieten Möglichkeiten, um frei zugängliche Roboterapplikationen individuell bis Performance Level d nach ISO 13849 abzusichern und gleichzeitig optimale Prozesseffizienz und Produktivität zu erreichen. Dies gilt gleichermaßen für die Erstausrüstung von Robotern wie auch deren nachträgliches, sicherheitstechnisches und funktionales Retrofit. Gleichzeitig ist jede Variante von sBot Speed migrationsfähig: zusätzliche Sicherheitsfunktionen können auch nachträglich mit geringem Aufwand in die Sicherheitssteuerung implementiert werden.

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