Sicherheitslösung für einen mobil einsetzbaren Schwerlastroboter

Mensch und Roboter rücken in der modernen Produktion noch enger zusammen. Schutzzäune verschwinden und ortsflexible Roboter werden benötigt, um flexible, aber gleich­zeitig sichere Automatisierungs­lösungen im Zeitalter von Industrie 4.0 zu realisieren. Das Unternehmen OpiFlex aus Schweden hat dafür eine patentierte Lösung entworfen, mit der nun auch große Industrie­roboter mobil einsetzbar sind – ohne Schutzzaun und abgesichert durch Sicherheitsprodukte von Sick.

„Gemeinsam mit Sick haben wir die Herausforderung gemeistert, Automatisierung für kleine Losgrößen bei hohem Produktionsvolumen möglich zu machen“, sagt OpiFlex-Geschäftsführer Johan Frisk und ergänzt: „Eine Lösung ohne Zaun war uns sehr wichtig, da diese unseren Kunden sehr viel mehr Flexibilität ermöglicht“. Gerade kleine und mittelständische Unternehmen (KMUs) möchten gern kleine Serien automatisiert produzieren, was bisher mit fest installierten und damit weniger flexiblen Roboterzellen schwierig war. Dank der mobilen Roboterzellen ohne Schutzzaun von OpiFlex und der einfachen Roboterprogrammierung wird diese Art der Automatisierung nun möglich.

Mit einem Gabelstapler, Hubwagen oder fahrerlosen Transportfahrzeug wird der mobile Roboter von OpiFlex in einer Produktion zur passenden Arbeitsstation gefahren, dort fest an einer vorher installierten Plattform angedockt, eingesteckt und ist sofort einsatzbereit. „Das ermöglicht uns, große Roboter zu bewegen und bei voller Geschwindigkeit laufen zu lassen“, sagt Frisk.

Safe Robotics von Sick sorgt für ­Absicherung des Roboters
Im Einsatz sind dabei zwei Sicherheits-Laserscanner S300 Mini Remote von Sick, die fest auf der mobilen Roboterzelle verbaut sind und an den jeweiligen Einsatzorten Personen im Umfeld der Station erkennen. Nähert sich eine Person dem Roboter, schickt der Sicherheits-Laserscanner ein Signal an die Sicherheitssteuerung Flexi Soft und der Roboter reduziert zunächst seine Geschwindigkeit. Erst wenn die Person in die Sicherheitszone tritt, stoppt der Roboter komplett. Dadurch steigt die Produktivität, weil der Roboter nicht immer komplett angehalten werden muss. Die Sicherheitssteuerung Flexi Soft sichert außerdem den Robotergreifer ab und hält den Roboter an, sobald der Roboter Teile verlieren könnte und damit seine Umgebung gefährden würde.

Des Weiteren prüft die Sicherheitslösung, ob die ortsflexible Roboterzelle fest in der jeweiligen Andockstation verankert ist, wenn der Roboter an eine andere Position gefahren wird. Roboter und Andockstation sind damit ideal aufeinander abgestimmt. „Das Innovative an unserer Lösung ist, dass sie sehr einfach zu integrieren ist. Es ist alles da. Man nimmt den Roboter, platziert ihn an der richtigen Stelle und alles ist sofort abgesichert“, sagt Ake Tornros, Product Manager Safety Systems von Sick in Varby, Schweden.

Safety Services – Beratung von Anfang an
Am Anfang begegnete Johan Frisk und seinem Team von OpiFlex vor allem Skepsis. „Wir hatten diese innovative Idee, eine mobile Lösung ohne Schutzzaun für einen großen Roboter zu entwickeln, und zuerst haben uns die Leute gesagt: Das ist nicht möglich. Ihr werdet die Sicherheitsvorschriften damit nicht erfüllen‘“, beschreibt Frisk die anfänglichen Herausforderungen. Doch die OpiFlex-Tüftler wollten so schnell nicht aufgeben und nahmen Kontakt zu den Sick-Sicherheitsexperten auf – und erarbeiteten schließlich gemeinsam mit diesen das passende Konzept.

„Sick hat uns in einigen Workshops geholfen, mögliche Risiken zu identifizieren“, sagt Frisk. Teil der Unterstützung durch Sick waren unter anderem die Risikobeurteilung, umfassende Beratung sowie Unterstützung für ein Sicherheitskonzept für die mobile Roboterzelle, sodass am Ende die für OpiFlex passende Implementierung umgesetzt wurde. „Es war für uns ein sehr spannendes Projekt. Von der anfänglichen Risikobeurteilung bis zum Hardware- und Softwarekonzept haben wir den Kunden während des gesamten Prozesses unterstützt und begleitet“, sagt Sick-Experte Tornros.

Zeitalter von Industrie 4.0: kleine Losgrößen bei hohem ­Produktionsvolumen
Die sogenannte dritte Roboterrevolution mit flexiblen Robotern wird maßgeblich vorangetrieben von der Anforderung, kleine Losgrößen bei hohem Produktionsvolumen zu fertigen. Flexible Roboter erhöhen die Produktivität und Flexibilität sowohl für kleine als auch für große Produktionsserien bei KMUs, Tier-1-Unternehmen als auch OEMs. Die OpiFlex Roboterzelle wurde ursprünglich für KMUs mit kleinen Serien und geringer Maschinennutzung entworfen. Inzwischen steigt aber auch bei OEMs und Tier-1-Unternehmen der Bedarf an Flexibilität, um kleinere Losgrößen bei hohem Produktionsvolumen zu realisieren. Einige dieser Unternehmen haben bereits Interesse an der Lösung von OpiFlex gezeigt, da sie an einer neuen Maschine oftmals schneller eingerichtet ist.

Des Weiteren ermöglicht OpiFlex eine enorm schnelle Programmierung des Roboters in etwa zehn Minuten. Anstatt den Roboter mehrere Stunden zu programmieren, muss der Bediener lediglich einige Fragen beantworten, dem Roboter ein paar einfache Bewegungen einlernen und dieser programmiert sich anschließend automatisch.

Eine besondere Herausforderung für Tier-1-Unternehmen und OEMs, die in drei bis fünf Schichten arbeiten, ist die Planung von Produktionsstopps bei der Anpassung oder Neu-Einrichtung von Automatisierungslösungen. Bei der Implementierung mit herkömmlichen Roboterzellen ruht die Produktion oft mehr als zehn Tage, was einem Ausfall von 30 bis 50 Schichten entspricht. OpiFlex reduziert dagegen die Installationszeiten einer kompletten Zelle um bis zu 90 Prozent, benötigt also nur zwei bis drei Schichten Zeit. Gerade innerhalb knapper Produktionspläne ist dies ein großer Vorteil, um möglichst wenig Zeit zu verlieren.

Für seine Innovationen wurde das schwedische Unternehmen bereits mit einigen Awards ausgezeichnet, unter anderem als Finalist beim IERA-Award, einem der wichtigsten Preise in der Robotik. Dazu Geschäftsführer Johan Frisk: „Für uns als kleineres, innovatives Unternehmen war Sick eine große Hilfe bei der Erreichung unserer Ziele. Ich bin sehr stolz, zusammen mit Sick diese flexible und mobile Roboterlösung entworfen zu haben, um gerade kleinen und mittleren Unternehmen bei der Automatisierung von geringeren Produktionsserien zu helfen.“ Das Ziel von OpiFlex ist es die dritte Roboterrevolution mit flexiblen Robotern weiter voranzutreiben durch seine patentierte Lösung ohne Schutzzaun, mit einfacher Roboterprogrammierung und Andockstationen – alles unterstützt durch Sicherheitsprodukte von Sick.