Wann ist eine Roboterapp­likation sicher?

Manch einer kennt die Diskussionsforen auf Messen eher als maue Veranstaltung: Kaum Zuschauer, und die, die dort sitzen, scheinen die Sitzgelegenheit nur zu nutzen, um ihre müden Füße etwas zu entspannen. Als es auf der letztjährigen SPS IPC Drives 2017" target="_blank">SPS IPC Drives beim ZVEI allerdings um das Thema Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ging, war das anders. Das Podium diskutierte vor vollen Rängen – ein Zeichen, dass hier ein Nerv der Zeit getroffen wurde. Hinzu kam, dass die geladenen Referenten das Themenspektrum fast vollumfänglich abdecken konnten.

Die Roboter-Hersteller vertrat Dr. Björn Matthias, der als sogenannter Corporate Research Fellow of Robotics Automation im Forschungszentrum von ABB beschäftigt ist. Mit Roboter-Sicherheitssteuerungen und Mensch-Roboter-Kollaboration beschäftigt er sich seit 15 Jahren.

Für die Hersteller von Automatisierungs- und Sicherheitskomponenten diskutierte Christian Bittner von der Firma Pilz mit. Er ist dort verantwortlich für Dienstleistung rund um das Thema Maschinensicherheit, von der Risikobeurteilung bis zur CI-Kennzeichnung gesamter Anlagen, inklusive MRK-Lösungen.

Auch Professor Norbert Elkmann vom Fraunhofer IFF in Magdeburg beschäftigt sich seit vielen Jahren mit Robotersystemen. Er vertrat in der Runde die Forschung und ist unter anderem an Versuchen mit menschlichen Probanden beteiligt, mit denen die Schmerz- und Verletzungsgrenzen bei Berührung zwischen Mensch und Roboter weltweit erstmals evaluiert werden.

Zu guter Letzt war mit Volker Miegel auch noch die Anwenderseite auf dem Podium vertreten. Er leitet beim RIF e.V. die Abteilung Produktionsautomatisierung, wo es seit vielen Jahren um das Thema Mensch-Maschine-Interaktionen geht, sowohl in Forschungsprojekten, als auch bei industriegetriebenen Projekten mit großen Industriepartnern.

Die Zahl der verfügbaren für MRK geeigneten Roboter ist in den vergangenen Jahren deutlich angestiegen. Kaum ein Hersteller, der nicht ein entsprechendes Modell im Programm hätte. Doch warum ist das so, warum ist derzeit auch das Interesse der Kunden so hoch? „Die Motivation seitens der Industrie ist sehr vielfältig“, weiß Professor Elkmann. „Treiber sind der demografische Wandel und der daraus resultierende Fachkräftemangel.“ Zudem stehe die Wirtschaftlichkeit auch immer im Fokus. Durch den Wegfall von Zäunen habe man ganz andere Möglichkeiten der Anlagenplanung und der Logistik. Technisch seien es die Verfügbarkeit neuer Sensortechnologien sowie generell die Miniaturisierung, die die beliebten Leichtbauroboter möglich machten. „Außerdem“, so Elkmann, „ist die Normung entsprechend überarbeitet worden.

2006 wurde in der relevanten Norm in Bezug auf eine Kollision zwischen Mensch und Roboter noch ein Wert von 150 Newton als Maximalkraft genannt, aber 150 Newton mit einem spitzen Gegenstand im Kopf- oder Halsbereich ist sicherlich keine ungefährliche Geschichte. Seit 2012 gibt es neue Überarbeitungen und damit auch von der normativen Seite andere Randbedingungen, an die sich die Hersteller und vor allem die Anwender halten können.“

Dr. Matthias von ABB sieht den Trend zu geringeren Losgrößen als Treiber für MRK: „Oft stehen Anwender vor der Wahl, manuell zu fertigen oder, wenn sich das nicht rechnet, in eine andere Region zu gehen, wo manuelles Fertigen noch ökonomisch ist. Dieser Schritt lässt sich mit der höchst flexiblen Automatisierung durch MRK unter Umständen vermeiden.“ Dabei gehe es nicht primär darum, manuelle Arbeit zu ersetzen. „Das Wichtigste, was das Automatisieren von Fertigungsprozessen mit sich bringt, ist wiederholbare Qualität. Da kann die Mensch-Roboter-Kollaboration in solchen hoch flexiblen Umgebungen durchaus noch zur Qualitätssicherung, zum Qualitätserhalt von Produktionsprozessen beitragen.“ Generell nennt Matthias vier typische Einsatzszenarien für MRK-Anwendungen: Kleinteilemontage, das akkurate Vermitteln von schweren Lasten und die automatisierte Maschinenbeschickung.

Das Ergonomie-Argument spiele laut Volker Miegel eine wichtige Rolle. „Der demografische Wandel führt zu mehr älteren Mitarbeitern, denen die Arbeit erleichtert werden soll. Zudem müssen Belastungs-Kapazitätsspitzen durch die hohe Variantenvielfalt, die Mass-Customization, abgepuffert werden.“ Allerdings steckten die Cobots bei aller Euphorie noch in den Kinderschuhen, es seien vor allem Leuchtturmprojekte, in denen sie eingesetzt würden. „Flächendeckend sind ja heute noch keine Cobots im Einsatz“, so Miegel.

Bezüglich der Ergonomie gibt sich Prof. Elkmann skeptisch: „Wenn wir die derzeit beliebten Leichtbauroboter anschauen mit 15 kg Handhabungsgewicht, dann braucht der Greifer schon ein Drittel bis die Hälfte davon. Da haben wir dann verbleibende Werkstückgewichte, bei denen kaum noch Ergonomie-Benefits zu erwarten sind. Deswegen werden da vor allem MRK-Anwendungen mit Schwerlastrobotern interessant. Wenn ein Roboter 40 kg schwere Autotüren positioniert, während der Werker sie montiert, erst dann ist es ein Ergonomie-Gewinn.“