DR.KORS | Dynamische Rekonfigurierbarkeit von kollaborativen Robotersystemen

Im Gegensatz zu klassischen industriellen Robotern ist es nicht erforderlich, kollaborationsfähige Roboter aus Sicherheitsgründen hinter Schutzzäunen zu betreiben, da diese auf einwirkende Belastungen reagieren können. Damit lässt sich prinzipiell Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) realisieren und die notwendige Personensicherheit gewährleisten, sofern potentielle Kontaktsituationen ermittelt, messtechnisch erfasst und mit den Grenzwerten der ISO/TS 15066 abgeglichen und bewertet werden. Durch die aktuelle signifikante Einschränkung der neuerlich notwendigen Risikoabschätzung und messtechnischen Beurteilung jeder Anwendung und Änderung, entzieht man jedoch einem kollaborativen Roboter genau diejenige wichtige Flexibilität, welche bei klassischen Industrierobotern vorhanden ist und das System jederzeit adaptierbar macht. Darüber hinaus sollen kollaborative Roboter (stationär u. mobil) vorzugsweise in dynamischen Umgebungen eingesetzt werden, wodurch sich auch ein Roboter aufgrund der Erfordernisse dynamisch anpassen muss.

Das Projektvorhaben greift die aktuellen Bedürfnisse der Wirtschaft bei MRK-Anwendungen auf und versucht über einen grundlegend alternativen Ansatz die erforderliche Personensicherheit, bei weitreichender Steigerung der Systemflexibilität, permanent zu garantieren. Im Gegensatz zu zahlreichen anderen Versuchen wird darauf verzichtet, zusätzliche bildgebende Verfahren zu verwenden und stattdessen werden industriell erprobte Schutzeinrichtungen und Sicherheitsfunktionen betrachtet.

Ziel des Forschungsprojekts ist es, für eine Grundanwendung an einem bekannten Robotersystem Modifikationsgrenzen zu definieren. Damit lassen sich Änderungen am System und an der Anwendung, in verschiedenen Dimensionen und dem Anwender bekannten Grenzen, in einem gewissen Rahmen durchführen. Die sicherheitstechnische Bewertung und Freigabe einer gewünschten Modifikation wird von einem Software Framework durchgeführt, das auf Basis zugrundeliegender Sicherheitssystem-Modelle die garantierte Einhaltung der Personensicherheit beurteilt. Diese Modelle werden bei der Inbetriebnahme der Anlage mit Parametern gefüllt, die unter anderem mithilfe von biofidelen Messsystemen ermittelt werden oder robotersystemabhängig sind. Weiters liefern statistische Modelle Aussagen über die Personensicherheit von Schutzeinrichtungen. Neben diesen extrinsischen Einflussgrößen werden auch Arbeitssystemparameter erhoben, die der intrinsischen Modellbildung realitätsnahe Grenzen übermittelt. Durch die ganzheitliche automatisierte Interpretation der Personensicherheit wird eine dynamische, multidimensionale System- und Anwendungsmodifikation von kollaborationsfähigen Robotersystemen möglich.

Das Fraunhofer Austria Projektteam fokussiert sich in diesem Forschungsprojekt hauptsächlich auf die Erhebung und Analyse potentieller MRK-Anwendungen und einer entsprechenden Applikationsklassifikation. Durch qualitative und quantitative Prozessanalysen bei den beteiligten Unternehmenspartnern werden Zielfunktionsbereiche identifiziert, die für den Einsatz rekonfigurierbarer MRK-Systeme in Frage kommen. Es werden relevante Parameter für die Modellierung derartiger hybrider Arbeitssysteme erarbeitet und deren Ausprägungen festgelegt. Daraus wird eine morphologische Applikationsklassifikation abgeleitet, die technologische, prozessuale, systemische, arbeitswissenschaftliche sowie sicherheitsspezifische Gestaltungsdimensionen im Sinne des Stands der Technik und Wissenschaft umfasst.

Aufbauend auf der Morphologie wird eine Systematik zur generischen Beschreibung und Modellierung von hybriden Arbeitssystemen, bestehend aus Ressourcen, sich dynamisch verändernden Aufgabeninhalten, Prozessfolgen und Rahmenbedingungen, abgeleitet. Dabei bilden sicherheitskritische Faktoren, dynamische Ressourcenallokation sowie geometrisch/physikalische Einschränkungen wesentliche Gestaltungsregeln. Die entwickelten Algorithmen sollen zudem mithilfe von Optimierungsansätzen, beispielsweise in Bezug auf räumliche Gestaltung der Arbeitsaufgabe oder Aufgabenaufteilung, erweitert werden.