Dynamische Sicherheitskonzepte

Die Zukunft der Produktion wird effizienter wenn sie intelligent ist - sie wird smart. Mensch und Maschine kommen sich dabei immer näher, sie werden Kollegen und arbeiten eng zusammen als hybrides Produktionssystem - sie werden so das optimale Team. Doch Sicherheit und Kontrolle bleiben beim Menschen, dem die Maschine dient. Effizienz braucht Intelligenz und der Mensch braucht die Maschine. Beides braucht Akzeptanz durch Sicherheit, bei höchster Prozessgeschwindigkeit.

Die verlinkten Videos zeigen unsere Ansätze zur effizienten Umsetzung von Mensch-Roboter-Kollaboration, an denen das Fraunhofer IWU gemeinsam mit Partnern aus dem CTC Netzwerk forscht.


DynaSafe

DynaSafe ist die Kerntechnologie für die Umsetzung effizienter und sicherer agiler Fertigungssysteme der Zukunft. Fokus liegt hierbei auf der dynamischen Anpassung von Sicherheitsbereichen, der Echtzeitdatenverarbeitung und der situativen Bewertung des Sicherheitszustandes Ihres Roboter- bzw. Produktionssystems (DYPROVICE).

Neben der Anpassung der Sicherheitsbereiche spielt das Tracking von Betriebsmitteln und Personen im Arbeitsraum (DYNASENSE) inklusive Warnung bei Annäherung und sicherheitsgerichteten Stillstand bei Verletzung eine große Rolle.

Die Vorteile auf einen Blick:

  • Maximierung der Gesamtanlageneffektivität (OEE)
  • Maximierung Maschinenflexibilität
  • Maximierung Maschinenauslastungsgrad
  • Flexible Maschinen- und Anlagen-Verkettung
  • Kosteneffizientes Safety-Engineering

Als Kombination aus DYNASENSE und DYPROVICE bildet DynaSafe ein übergeordnetes Sicherheitssystem.

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3D-Arbeitsraumüberwachung

Um MRK Prozesse möglichst effizient zu gestalten, hat das Fraunhofer IWU vier unterschiedliche Level der Kooperation zwischen Mensch und Roboter eingeführt. Im Video werden die Charakteristiken der unterschiedlichen Level vorgestellt. Durch die jeweilige Aufgabe wird dabei das benötigte MRK-Level charakterisiert, woraus sich unterschiedliche Anforderungen an Arbeitsbereiche, Sensorik und Roboteraktorik ableiten. Für jeden Anwendungsfall können somit die benötigten hard- und softwareseitigen Komponenten abgeleitet werden, damit Roboter und Menschen sicher und effizient zusammenarbeiten können.


Dynamische Echtzeitbahnanpassung

In diesem Video wird die „Dynamische Bahnkorrektur für MRK-Anwendungen“ dargestellt. Hierbei findet eine Lokalisierung des Werkers im Arbeitsraum mittels 3D-Kamerasensor statt. Auf Grundlage der erfassten Sensorinformationen wird in Echtzeit eine Bahnkorrektur des Roboters ausgeführt. Dafür werden durch dynamische Schutzbereiche auch die auftretenden Nachlaufwege eines Roboters berücksichtigt, um die Sicherheit von Personen zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten. Durch das fortlaufende Tracking des Werkers werden Stillstandzeiten durch Umfahren des Werkers vermieden und eine dynamische Optimierung von Arbeits- und Schutzbereichen erreicht.


Hybride werker-individuelle Online Bahnanpassung

Die im Video gezeigte „Hybride Online Bahnanpassung“ ermöglicht die situative Übergabe unbekannter Objekte zwischen Mensch und Roboter. Dafür wird der Werker bei Betreten des Arbeitsraums durch Sensoren erfasst. Die Arbeitsraumüberwachung generiert dynamische Schutzzonen um den Roboter, welche sich mit den Roboterbewegungen verschieben.
Für jeden Werker können individuelle Parameter, wie etwa die Arbeitshöhe, eingestellt werden. Nach Autorisierung des Mitarbeiters wird der Prozess gestartet. Die Position der Hand eines Mitarbeiters wird durch Bildverarbeitung bestimmt und die optimale Übergabeposition ermittelt. Eine Übergabe findet bei Aufmerksamkeit des Werkers durch Blickkontakt mit dem Roboter innerhalb der Kooperationszone mit sicherer Arbeitsgeschwindigkeit statt. Um den optimalen Greifpunkt für die Übergabe eines Objektes von Mensch zu Roboter zu ermitteln, findet eine 3D-Erfassung des Bauteils mit gleichzeitiger Detektion möglicher Greifflächen statt. Bei beiden Übergaberichtungen detektiert ein Kraft-Momenten-Sensor über veränderte Haltekräfte die Übergabebereitschaft.


Funksystemlösung für Safety-Anwendungen bei MRK

Obwohl die kabellose Datenübertragung im privaten Bereich längst etabliert ist, kann sie sich bei industriellen Anwendungen kaum behaupten. Durch ein Ersetzen kabelgebundener Systeme können der teilweise enorme Verkabelungsaufwand, sowie die Umfänge für Aufbau, Inbetriebnahme und Wartung, deutlich reduziert werden.

Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, industriereife Funktechnik zur zuverlässigen Datenübertragung zu entwickeln. Die der Funktechnik innewohnende Fähigkeit zur Personenverortung wird gezielt genutzt und in das System integriert. Es wird eine deutliche Verbesserung der Flexibilität von MRK-Arbeitsplätzen erwartet, bei gleichzeitigem Sicherheitszuwachs durch Erhöhung der Redundanz. Die Kombination mit bereits bewährten MRK-Anwendungen stellt neue Fertigungskonzepte in Aussicht.

Für MRK-Anwendungen müssen neben der robusten Echtzeit-Datenübertragung auch die Signalverarbeitung und die Reaktionen des Roboters in Echtzeit garantiert werden können. Hierfür wird handhabbare Hardware zum Tragen am Körper entwickelt, durch welche ein zuverlässiger und kabelloser Datenaustausch zwischen Mensch und Roboter stattfinden kann. Weiterer Projektgegenstand ist die Entwicklung eines kabellosen Notausschalters, um die Sicherheit noch weiter zu erhöhen.

Aktuelle Funksignal-Dongles von R3coms

Projekt gefördert durch: