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Demonstrator für Mensch/Roboter-Kollaboration

Hand in Hand

Die steigende Kundennachfrage nach individualisierten Produkten führt zu einer Erhöhung der Anzahl an Produktvarianten. Diese Variantenvielzahl zusammen mit schwankenden Märkten und verkürzten Produktlebenszyklen erfordert flexible Produktionsanlagen, die auch auf kurzfristige Änderungen im Produktionsplan reagieren. Die Mensch/Roboter-Kollaboration (MRK) bildet hier einen Ansatz für eine flexiblere Automatisierung, denn im Gegensatz zu voll automatisierten Anlagen arbeiten Mensch und Roboter im gleichen Arbeitsraum produktiv zusammen.

Arbeitsbereich einer Lösung für die Mensch/Roboter-Kollanboration. (Bild: Fraunhofer IGCV)

Arbeitsbereich einer Lösung für die Mensch/Roboter-Kollanboration. (Bild: Fraunhofer IGCV)

Bei der Mensch/Roboter-Kollaboration lassen sich die Stärken des Menschen, wie motorische Fähigkeiten oder die Kognition, und die Stärken des Roboters, wie Präzision und Ausdauer, vereinen. Besonders für kleine und mittelständische Unternehmen bietet die MRK Potenziale, da dort eine Vollautomatisierung aufgrund der kleinen Losgrößen meist nicht wirtschaftlich ist und deshalb die Montage in vielen Fällen rein manuell erfolgt. Die Anwendung von Mensch/Roboter-Kollaboration ist derzeit auf vielfältige Weise Gegenstand von Untersuchungen, jedoch ließ sich eine breite Anwendung noch nicht realisieren. Die Gründe dafür liegen vor allem in den hohen Sicherheitsanforderungen und der Frage nach einer geeigneten Aufteilung der Arbeitsinhalte zwischen Mensch und Roboter begründet. Ziel ist, dass der Mensch weder über- noch unterfordert ist, der Roboter hingegen aber auch weitestgehend ausgelastet ist, um die Wirtschaftlichkeit der Applikation sicherzustellen. Um Aspekte der Mensch/Roboter-Kollaboration zu untersuchen, bauten Mitarbeiter des Fraunhofer IGCV einen Demonstrator für MRK-Anwendungen.

Der Greifer des MRK-Demonstrators ist mit einem Schaumstoff-Zylinder ummantelt, der als Eingriffschutz in den Greifer dient und eine Kollision mit dem Menschen abdämpft. (Bild: Fraunhofer IGCV)

Der Greifer des MRK-Demonstrators ist mit einem Schaumstoff-Zylinder ummantelt, der als Eingriffschutz in den Greifer dient und eine Kollision mit dem Menschen abdämpft. (Bild: Fraunhofer IGCV)

Arbeitsaufteilung in der Mensch/Roboter-Kollaboration

Als Ziel der Mensch/Roboter-Kollaboration gilt vor allem die Erhöhung der Produktivität durch das gemeinsame Ausführen einer Aufgabe. Der Mensch soll dabei von monotonen Aufgaben entlastet werden, die ein Roboter übernehmen kann. Der Roboter hingegen soll eine gewisse Auslastung erreichen, um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten. Die Arbeitsinhalte der Montageaufgabe aufzuteilen, sodass sich die Ziele erreichen lassen, stellt eine große Herausforderung in der Planung der Mensch/Roboter-Kollaboration dar. Prinzipiell ist es möglich, dem Roboter alle Aufgaben zuzuteilen, die sich automatisieren lassen. Zur Untersuchung der Automatisierbarkeit ist es erforderlich, sowohl das zu montierende Produkt als auch die unterschiedlichen Prozesse zu prüfen. Dazu werden sowohl das Produkt als auch der zugehörige Prozess auf mehrere Kriterien hin bewertet. Dazu gehören die Formlabilität oder die Fügerichtung. Den Kriterien lassen sich Ausprägungen zuordnen, die über einen Durchschnittswert die Automatisierbarkeit durch einen Roboter darstellen. Da es jedoch sinnvoll ist, dass beide Partner der Kooperation weitestgehend ausgelastet sind und dass die Aufgaben des Menschen nicht bloß die vom Roboter übrig gebliebenen Aufgaben sind, ist die prinzipielle Durchführbarkeit durch den Roboter nicht gleichbedeutend damit, dass er die Aufgabe später auch tatsächlich ausführt. Unter Beachtung der automatisierbaren Tätigkeiten sind daher die Aufgaben so zu verteilen, dass sich die Gesamtzeit der Durchführung durch eine Parallelisierung von Aufgaben zwischen Mensch und Roboter so kurz wie möglich halten lässt.

Arbeitsablauf mit aufteilung zwischen Mensch und Roboter (Bild: Fraunhofer IGCV)

Arbeitsablauf mit aufteilung zwischen Mensch und Roboter (Bild: Fraunhofer IGCV)

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Arbeitsbereich einer Lösung für die Mensch/Roboter-Kollanboration. (Bild: Fraunhofer IGCV)


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