Hand in Hand mit dem Roboter

Weshalb ist die DGUV-Zertifizierung von Greifern für den kollaborierenden Betrieb so wichtig? Welche Bedenken und Ängste gibt es bei Anwendern in Bezug auf Greifer für MRK-Anwendungen? Wie funktioniert die Sicherheitsaura beim Schunk-Co-Act-JL1-Greifer? Diese und weitere Fragen beantwortet der Schunk-Geschäftsführer für Forschung & Entwicklung, Prof. Dr. Markus Glück, im Interview.

Prof. Dr.-Ing. Markus Glück ist Geschäftsführer Forschung & Entwicklung, Cino, bei der Schunk GmbH & Co. KG (Bild: Schunk)

Prof. Glück: Nach der Schnunk-SVH-5-Fingerhand wurde nun auch der Schunk-Co-act-EGP-C-Greifer von der DGUV für den für den MRK-Betrieb zertifiziert. Weshalb ist Ihnen die Zertifizierung der einzelnen Komponente so wichtig, wenn doch in der Praxis die Anlage als Ganzes für den kollaborativen Betrieb zertifiziert werden muss?

Prof. M. Glück: In der aktuellen Phase setzen sich sehr viele Anwender mit dem Thema MRK auseinander, wobei bislang nur wenige Applikationen im betrieblichen Umfeld realisiert sind. Das Thema ist für alle Beteiligten, sprich für die Hersteller von Robotern, End-of-Arm-Tools und Sensoren, für die Anwender, aber auch für die DGUV vergleichsweise neu. Unsere Erfahrung zeigt, dass der Weg zur Zertifizierung mitunter ziemlich herausfordernd sein kann, vor allem bei den ersten Applikationen ohne Erfahrungswerte. Genau hier setzen wir an: Zum einen begleiten wir Anwender mit dem interdisziplinären Know-how unseres SCHUNK Co-act-Teams, zum anderen minimieren unsere zertifizierten Komponenten den Aufwand bei der Zertifizierung des Gesamtsystems.

Warum ist der Prozess der Zertifizierung so aufwendig?

Prof. M. Glück: Damit die DGUV eine komplette Anlage für den MRK-Betrieb zertifiziert, muss sicher nachgewiesen sein, dass der Bediener bei einem Kontakt nicht verletzt wird. Hier greifen die Schutzprinzipien der DIN EN ISO 10218-1/-2 und DIN EN ISO/TS 15066 sowie die Maschinenrichtlinie, die vorschreibt, dass stets die Gefahr für den Menschen zu betrachten und die damit verbundenen Risiken zu bewerten sind. Es gilt also, sehr präzise zu analysieren: Welche Arbeitsräume existieren? Welche Risiken bestehen? Wo müssen Arbeitsräume eingeschränkt werden, um Verletzungen auszuschließen? Das geht nur, indem jede Applikation individuell betrachtet wird: die einzelnen Komponenten, die Aufgabe, die Werkstücke, die Sicherungssysteme. Das braucht einfach Zeit und eine besondere Sorgfalt.

Gibt es Sicherheitsbedenken oder Ängste in Bezug auf die Greifer für MRK-Anwendungen?

Prof. M. Glück: Bislang haben wir es noch nicht erlebt, dass Greifer für kollaborative Anwendungen größere Ängste bei Anwendern erzeugen. Vielmehr dominieren Neugierde und Begeisterung – vor allem wenn es sich um intelligente Systeme wie den Schunk Co-act JL1 Greifer handelt. Menschen begegnen diesem System spielerisch: Sie testen intuitiv aus, wann die Sicherheitstechnologien anspringen und wie sich das System verhält. Damit gewinnen sie Vertrauen und können eventuelle Berührungsängste schnell abbauen.

Teamwork in der Elektronikindustrie: Bei diesem Nutzentrenner unterstützt ein Roboterarm mit einem Schunk-Co-act-EGP-C-Greifer den Bediener bei der Beladung (Bild: Schunk)

Wo liegt dann die Herausforderung?

Prof. M. Glück: So komplex wie der Mensch, so komplex sind auch die Aspekte der Mensch-Roboter-Kollaboration. Anders als bei herkömmlichen Anlagen, genügt es nicht, einfach nur die Norm zu erfüllen. Die Normen fordern zunächst nur, dass weder eine Maschine beschädigt noch ein Bediener ernstlich verletzt werden darf. Das reicht für den täglichen Einsatz jedoch bei weitem nicht aus. Stellen Sie sich vor, ein MRK-System würde den Bediener 100 Mal am Tag stoßen. Selbst wenn er dabei normgerecht nicht verletzt würde, hätte das System keine Chance auf Akzeptanz. Vielmehr gilt es, den Menschen in den Mittelpunkt sämtlicher Überlegungen zu stellen, nicht das technische System. Der Werker muss dem Roboter vertrauen. Der Greifer muss sich dem Menschen entsprechend anpassen – nicht umgekehrt.

Stößt so ein Greifer dann nicht an die Grenzen der Komplexität?

Prof. M. Glück: Komplexe Systeme müssen heutzutage längst nicht mehr kompliziert sein. Nehmen Sie das Smartphone: Spätestens ab der weiterführenden Schule gehen Kinder vollkommen selbstverständlich mit den dort eingebauten Technologien um: Sie schreiben Nachrichten, surfen im Internet, schauen Filme, fotografieren Tafelaufschriebe, machen Videos von Versuchen, nutzen es als Taschenrechner, zum Bezahlen, als Fahrplan und Stundenplan. All das, ohne ansatzweise darüber nachzudenken, wie das Gerät funktioniert. Neue Apps werden einfach intuitiv ausprobiert, im besten Fall vom Klassenkameraden einmal gezeigt und schon sind sie ins Standardrepertoire aufgenommen. Genau das ist das Zielbild, das wir mit der Technologiestudie des Schunk Co-act JL1 verfolgen: Er soll trotz oder besser gesagt gerade aufgrund seiner Komplexität im Innern von außen möglichst intuitiv nutzbar sein.

Bitte beschreiben Sie die Sicherheitsaura dieses Greifers etwas genauer.

Prof. M. Glück: Die im Co-Act-JL1-Greifer verbaute Sensorik registriert Annäherungen von Menschen und ermöglicht eine situationsabhängige Reaktion, ohne dass Mensch und Roboter sich berühren. Sie ist in drei Zonen aufgeteilt: Jeder Finger für sich sowie das Gehäuse bilden jeweils eine eigene Zone und detektieren unabhängig voneinander Annäherungen des Menschen. So ist es möglich, zum Beispiel über das sukzessive Auslösen der Sensorik in den beiden Fingern die Richtung der Annäherung zu ermitteln und daraus unmittelbar eine Ausweichbewegung des Roboters abzuleiten. Über die in den Greifer integrierte, frei programmierbare Steuerung können die entsprechenden Reaktionen vorverarbeitet und als Signal an die SPS geschickt werden. So erhält diese beispielsweise den Befehl, die Geschwindigkeit um 25%, 50% oder 75% zu reduzieren oder stehenzubleiben. Auch eine zuvor definierte Ausweichstrategie ist möglich, wenn klar ist, aus welcher Richtung die Annäherung erfolgt. Die einzelnen Reaktionsmechanismen lassen sich individuell definieren und auf die jeweilige Anwendung abstimmen.

Mithilfe kapazitiver Sensoren überwacht der Schunk-Co-Act-JL1-Greifer permanent seine Umgebung. Nähert sich eine menschliche Hand schaltet er vollautomatisch in den sicheren Betrieb (Bild: Schunk)

Welche Technologie steckt dahinter?

Prof. M. Glück: Technisch nutzen wir mehrere Systeme parallel: Zunächst einmal eine kapazitive Sensorik, sprich es wird ein elektrisches Feld um den Greifer aufgebaut. Sobald etwas stark wasserhaltiges, beispielsweise die menschliche Hand, in dieses Feld eindringt, wird es detektiert. So ist es möglich, die Annäherung von Bauteilen oder anderen Greifern von der Annäherung von Fingern, Händen oder Armen zu unterscheiden. Im Gegensatz zu den am Markt etablierten Möglichkeiten zur Arbeitsraumüberwachung, die eher ein weiteres Umfeld abdecken, ermöglicht die kapazitive Sensorik die unmittelbare Detektion eines engen Radius von 20 cm und damit wirklich closest to the human, bevor es überhaupt zu einem Kontakt kommt. Eine zweite Ebene bildet die Kraft-Momenten-Sensorik, die im Flansch verbaut ist. Diese registriert, wenn unerwartete Kraftwirkungen auftauchen. Sie dient also dazu, eine effektive Kollision zu bemerken und den Roboter zu stoppen. Außerdem lassen sich Zusatzfunktionen realisieren, beispielsweise können wir ermitteln ob ein Glas voll oder leer ist. Ob und wie die Werkstücke gegriffen wurden. Taktile Sensoren schließlich bilden die dritte Ebene: Vergleichbar mit dem menschlichen Tastsinn erfassen diese ortsaufgelöst sowohl einzelne Berührungen als auch großflächige Druckverteilungen. Mithilfe intelligenter Algorithmen zur Mustererkennung können Objekte beim Greifen identifiziert und der Griff reaktiv angepasst werden. Es lässt sich also beim Greifvorgang erkennen, ob der Gegenstand optimal gegriffen wurde oder ob korrigiert werden muss, beispielsweise auch, weil anstelle des Gegenstands eine menschliche Hand gegriffen wurde.

Wohin geht die Reise: Was sollen Ihre Greifer morgen können?

Prof. M. Glück: Konkret stehen zwei Aspekte im Vordergrund: Die Unterstützung des Menschen und das Handling unterschiedlicher Teilevarianten im Wechsel. Mithilfe eigens entwickelter Greifstrategien stimmt der feinfühlige Co-Act-JL1-Greifer sein Verhalten in Echtzeit darauf ab, welches Werkstück oder ob womöglich eine menschliche Hand gegriffen wird. Hierfür nutzt er eine dezentrale Steuerungsarchitektur mit parallel ausgeführten Diagnose- und Sicherheitsfunktionen. Langfristig gehen wir davon aus, dass Greifer ähnlich wie die menschliche Hand selbständig in der Lage sein werden, die Lage und Orientierung der gegriffenen Bauteile in sechs Freiheitsgraden zu manipulieren. Wir sprechen in diesem Zusammenhang von der Technologie der lnhand-Calibration. Damit werden sich sehr flexible, autonome Greifszenarien realisieren lassen.

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