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Sensitiver Roboter schraubt im Geschirrspüler - aus einem MRK-Vortrag auf dem Maschinenbau-Gipfel 2015. - Bild: Hoffmann

Erste Erfahrungen mit Mensch-Roboter-Kollaborationen in der Praxis lassen sich positiv an, auch wenn es nicht ganz einfach ist, den Sicherheitsnormen Genüge zu tun. Gerade bei der Automatisierung manueller Arbeitsplätze hat die Technologie Potential – und eine neue Norm klärt endlich die Frage, wie es mit die Tuchfühlung zwischen Mensch und Maschine aussieht.

„Es ist ein Thema, das jetzt durchstartet: Wir sind jetzt am Anfang, aber es gibt schon viele Pilotapplikationen“, sagt Patrick Schwarzkopf, Geschäftsführer VDMA Fachverband Robotik und Automation. Die neuen kollaborativen Roboter sieht Schwarz zunächst als Ergänzung bestehender Systeme hinter Schutzzäunen.

„Mit kollaborativer Robotik besteht die Möglichkeit, auch Handarbeitsplätze zu automatisieren. Diese Technologie kann zudem helfen, Beschäftigte bei ergonomisch besonders belastenden Arbeiten zu entlasten - zum Beispiel bei Über-Kopf-Arbeitsplätzen“, sagt Dr. Matthias Umbreit von der DGUV.

In der direkten Zusammenarbeit sind gar nicht mehr so viele Fragen offen. Eine letzte wurde eben von einem dreijährigen Forschungsprojekt des Instituts für Arbeitssicherheit IFA beantwortet: Wie viel Kraft darf ein Zusammenstoß zwischen Mensch und Roboter haben? Ab wann tut es weh?

Blaue Flecken sind indiskutabel: Deshalb wurde bei Probanden mit einem Algometer ermittelt, wo bei einzelnen Körperbereichen die Schmerzschwelle liegt. Die Ergebnisse sollen im November als ISO Norm TS 15066 als Download zur Verfügung stehen.

In der Praxis sind heute unterschiedliche Ansätze anzutreffen, beispielsweise die Handführung des Roboters durch den Mitarbeiter, auch die Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung oder die Entschleunigung bei Annäherung des Mitarbeiters gehören dazu.

Großes Potential für die Zukunft bietet Umbreit zufolge das Konzept der Leistungs- und Kraftbegrenzung, weil damit eine direkte Kooperation mit dem Mitarbeiter möglich wird: Dafür brauchte es die aufwendige Ermittlung der Kraftwertgrenzen. Den Unternehmen, die über das Thema nachdenken, empfiehlt Umbreit, vorher zu überlegen, ob die nötigen Sicherheitsabstände platzseitig im Betrieb gegeben sind.

Vorreiter bei der Mensch-Roboter-Kollaboration ist Audi. Den Volkswagen-weit ersten Kollaborationsroboter haben die Mitarbeiter „Adam“ getauft: Er hilft beim Auftragen von Kleber im Karosseriebau. „Das Stichwort demografischer Wandel ist einer unserer Haupttreiber, insbesondere in Deutschland“, sagt Johann Hegel, Leiter Technologie-Entwicklung Monatge bei der Audi AG. Zudem wolle man mit solchen Systemen die Flexibilität und Produktivität erhöhen.

„Die Erfahrung zeigt, dass die Mitarbeiter dieses System haben wollen, sie erkennen, dass der ‚Kollege‘ Roboter sie unterstützt“, meint Hegel. Es habe aber Zeit gebraucht, bis die Menschen Vertrauen in diese Technologie aufbauen. Obwohl die Mitarbeiter im Karosseriebau von Robotern umgeben sind, habe man in Schulungen viel Wert darauf gelegt, dass jeder Mitarbeiter selbst ausprobiert, den Roboter zum Stehen zu bringen.

„Die Leute von Anfang an mitzunehmen, ist eine ganz wichtige Maßnahme, die man nicht unterschätzen darf“, rät Hegel. Ein weiteres Projekt ist deshalb die Unterstützung beim Heckklappen-Einbau. Statt der zwei Mitarbeiter, die die Heckklappe heben, soll dann ein Roboter helfen, das feinfühlige Verschrauben macht weiter ein Mitarbeiter.

Eine zentrale Aufgabe für die kollaborativen Roboter sieht Hegel nicht nur in der Übernahme unergonomischer Aufgaben, sondern auch in der Komplexitätsbeherrschung. „In einer Baureihe fertigen wir Varianten von 10 hoch 38 und damit eigentlich heute schon in Losgröße eins“, erzählt Hegel.

Die Variantenkomplexität kommt vor allem in der Endmontage ins Spiel. Die nächste Herausforderung in der Montage – dort herrscht Dreischichtbetrieb und kontinuierliche Fließfertigung mit Auto an Auto am Band – ist das Projekt Part4you. Der Roboter-Produktionsassistent reicht dem Mitarbeiter das richtige Bauteil zum richtigen Zeitpunkt.

Per „Griff in die Kiste“ entnimmt der Roboter ein beliebig liegendes Teil und gibt es weiter. Part4you trägt sogar zur Verringerung der am Band benötigten Fläche bei: „Fünf Quadratmeter weniger sind eine ganze Nummer“, stellt Hegel fest. Aber es sei nicht einfach möglich, eine neue Applikation nach der andern zu realisieren.

Denn dazu gehören dem Technologieentwicklung-Leiter zufolge die sichere Handhabung von Bauteilen und Werkzeugen, die Mensch-Roboter-Kommunikation und die sichere, dynamische 3D-Arbeitsraum-Überwachung sowie das selbständiges Entwickeln von Ausweichszenarien. „Wir brauchen sichere Gesamtsysteme und die müssen der geltenden Normung entsprechen – das ist ein sehr aufwendiger Prozess“, berichtet Johann Hegel. Er ist sich dennoch sicher: Die zunehmende Vernetzung wird die Produktion der Zukunft prägen.

Auch Georg Hechtl, Abteilungsleiter Montage bei der BSH Hausgeräte GmbH, hat gute Erfahrungen mit der Mensch-Roboter-Kollaboration gemacht.40 Fabriken hat das Unternehmen weltweit, allein in Deutschland werden jedes Jahr 2,5 Millionen Geschirrspüler für unterschiedliche Hersteller gefertigt. 80 Prozent sind manuelle Arbeitsplätze, 20 Prozent teilautomatisiert.

Bei einem rückentechnisch unangenehmen Schraubprozess im Inneren des Geschirrspülers hätte man gern schon länger automatisiert, doch das war bisher nicht möglich: Verhindert wurde das durch große Bauteilabweichungen und wenig Platz an der Linie. Eine neue Lösung mit einem sensitiven Roboter, der die äußere Kafteinwirkung über Drehmomentsensoren erfasst, einer automatischen Hebevorrichtung und einem elektronischen Schrauber läuft jetzt seit vier Wochen produktiv.

Bei einer Störung kann der Mitarbeiter den Roboter berühren und zum Stehen bringen. „Diese Art von Anwendung rechnet sich wirtschaftlich nur in Hochlohnländern, also vor allem in Deutschland“, konstatiert Hechtl.

Vielleicht bewahren Roboter also künftig auch Arbeitsplätze, denn Menschen müssen auch weiterhin in der Produktion bleiben – allerdings in höher qualifizierten Aufgaben.