Sicherheitsnormen im Zusammenhang mit der Robotisierung unter Verwendung von Maschinen der AMR-Klasse

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Der primäre und wichtigste Grund für die Bedrohung durch AMR-Roboter ist ihr größter Vorteil – ihre Mobilität. Wenn man ihnen zusieht, wie sie mit geringer Geschwindigkeit durch ein Lager oder eine Produktionshalle gleiten, denkt man an fleißige, aber langsame Schildkröten. Das stimmt nicht. AMR-Maschinen könnten leicht zehnmal schneller sein. Warum sind sie es dann nicht? Denn eine niedrige Geschwindigkeit ist eine Grundvoraussetzung für die Sicherheit von Menschen und anderen Maschinen, die in ihrer Nähe arbeiten.

Wir haben uns an den Anblick von Robotern gewöhnt, die schnell aufeinanderfolgende, komplexe Bewegungssequenzen ausführen. Kraftvolle Arme applizieren, montieren und bearbeiten mit der Genauigkeit von Mikrometern. Wir können sie aus sicherer Entfernung bewundern, hinter Panzerglas oder durch das Stahlgitter eines Sicherheitskäfigs. Sobald der Käfig geöffnet wird, stoppt die Bewegung sofort. Dies ist aus Sicherheitsgründen selbstverständlich. Bei AMR-Robotern wird der sichere Betrieb durch die Verringerung der Geschwindigkeit und die Möglichkeit des sofortigen Anhaltens gewährleistet. Hätten sie diese Fähigkeit nicht, wären sie nie aus ihren Käfigen entlassen worden.

Autonomie und Sicherheit – eine gelungene Verbindung von Feuer und Wasser

Damit ein Roboter wirklich autonom sein kann, müssen wir ihm die Freiheit lassen, Entscheidungen zu treffen. Bei selbstfahrenden Staplern bedeutet dies die Freiheit, selbstständig zu manövrieren und den besten Weg zum Ziel zu wählen. Wir können nicht vorhersagen, was die Maschine in der nächsten Sekunde oder dem nächsten Bruchteil einer Sekunde tun wird. Und wir müssen das auch gar nicht wissen. Allerdings unter der Bedingung, der dass Roboter im Moment des Auftauchens eines Menschen oder eines anderen Hindernisses dessen Anwesenheit registriert und seine Bewegung verlangsamt, stoppt oder ein Manöver zum Umfahren des Hindernisses beginnt – sagt Piotr Smektała, Prozessingenieur bei VersaBox.

Ein sofortiges Anhalten ist nur bei einer ausreichend niedrigen Geschwindigkeit möglich. Jede Verlangsamung und jeder Stillstand verlangsamen jedoch das gesamte System und verringern die Produktivität. Die Optimierung der Effizienz von AMR-Robotern basiert daher auf dem Erreichen der maximalen sicheren Bewegungsgeschwindigkeit.

Allgemeine Sicherheitsnormen

Die notwendigen Sicherungen, die Roboter der Klasse AMR kennzeichnen müssen, sind am vollständigsten in den harmonisierten Normen PN-EN 1525 und ISO 3691-4 beschrieben. Dieser Regelungen betreffen hauptsächlich die Bewegungsgeschwindigkeit des AMR-Roboters und die erforderlichen Sicherheitssysteme, über die er verfügen muss. Die konkreten Anforderungen beziehen sich auf zwei Bereiche, in denen der Roboter arbeiten kann:

• geschlossene Zone – muss entlang der gesamten Strecke des Wagens eingezäunt sein und ein bewegliches Element (Tür, Vorhang, Tor) aufweisen, das den Zugang ermöglicht – Roboter in einer geschlossenen Zone können sich mit maximaler Geschwindigkeit bewegen, sie müssen kein Personenerkennungssystem besitzen;
• Gemeinschaftszone – Roboter müssen über präzise Systeme zur Personenerkennung verfügen, die u. a. in der Lage sind, Körperteile zu erkennen, die sich in geringem Abstand zum Boden befinden (Schutz vor dem Überfahren von Füßen); innerhalb der gesamten Gemeinschaftszone werden oft besonders gefährliche Zonen unterschieden, an deren Grenze der Roboter automatisch die Bewegungsgeschwindigkeit reduziert.

Die Normen legen zudem fest, dass der Mindestabstand zu festen Objekten in der Halle 0,5 m betragen muss. Wenn der geforderte Abstand nicht eingehalten werden kann, darf der Wagen an einer solchen Stelle höchstens mit einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s fahren. Weitere erwähnenswerte Empfehlungen sind:

• Wiederaufnahme der Fahrt nach 2 s – nach dem Anhalten aufgrund des Eindringens von Menschen in den Erfassungsbereich kann der Roboter die Bewegung wieder aufnehmen, nachdem er diese Absicht mit einer entsprechenden Warnung signalisiert hat, und zwar 2 s nach dem Verlassens des Erfassungsbereichs durch den gegebenen Menschen;
• Detektion oder Mindestgeschwindigkeit – wenn der AMR nicht in der Lage ist, Menschen in jeder Fahrtrichtung zu erkennen, darf er nicht mit einer Geschwindigkeit von mehr als 0,3 m/s fahren und muss innerhalb einer Strecke von höchstens 600 mm anhalten können.

Dies sind nur ausgewählte Beispiele für Sicherheitsvorgaben. Ihre Einhaltung durch die AMR-Roboter ist notwendig, gewährleistet aber keine optimale Leistung unter den spezifischen industriellen Bedingungen.

Die Geschwindigkeit des Wagens entscheidet über seine Leistung. Es muss alles getan werden, um diese Geschwindigkeit so weit wie möglich zu erhöhen, ohne in Konflikt mit den Sicherheitsnormen zu geraten. Theoretisch reicht es aus, die Geschwindigkeit des Roboters zu erhöhen. In der Praxis ist dies ein viel komplexeres Problem. Warum?

Ein autonomer Transportwagen bewegt sich so schnell, wie es die Bedingungen im Lager oder in der Fabrikhalle zulassen. Bei einem schwach strukturierten Raum und einer geringen Arbeitskultur kann es sich herausstellen, dass ein Roboter im herrschenden Chaos Aufgaben langsamer erledigt als ein Gabelstaplerfahrer. Das liegt daran, dass Menschen improvisieren können und besser mit unvorhergesehenen Situationen zurechtkommen – sagt Michał Walęcki, Chief of Engineering bei VersaBox.– Wenn der Roboter jedoch gut programmiert ist und der Raum in der Halle richtig angepasst wurde, können AMR-Roboter die Leistung eines Förderbands erreichen. Gleichzeitig bieten sie eine Flexibilität und Umrüstgeschwindigkeit, die von Förderern nicht erreicht wird.

Welche Faktoren im Arbeitsumfeld beeinflussen die Effektivität von AMR-Robotern? Die Funktion des Roboters bestimmt gleichermaßen den Charakter des Raums und das Verhalten der darin arbeitenden Menschen:

• Arbeitskultur – wenn in der Halle Unordnung herrscht und kein Wert auf das Aufräumen des Raums gelegt wird, blockieren oft liegen gelassene Paletten die Gänge und Gabelstaplerfahrer erzwingen die Vorfahrt gegenüber AMR-Robotern;
• Platzmenge – je mehr Platz, desto schneller kann der Roboter arbeiten – auf breiten Alleen ist es einfach, getrennte Fahrspuren für Menschen, Wagen und Roboter auszuweisen und dadurch Staus zu reduzieren und die Durchschnittsgeschwindigkeit zu erhöhen; zudem gibt es Platz zum Wenden und Überholen sowie für die optimale Platzierung der Batterieladepunkte und Parkzonen;
• Anpassung der Halle – die besten Bedingungen können in einer Halle geschaffen werden, die für den Einsatz einer Flotte von Robotern gebaut ist; die Stärke und Besonderheit der von VersaBox angebotenen Roboter ist die einfache Anpassung an bestehende Räume, bei minimalen Eingriffen in die Architektur der Halle.

Wir können uns an alle Anforderungen und jeden Raum anpassen, der die Einfahrt unserer Roboter ermöglicht – sagt Piotr Smektała. – Der Glaube, dass ein Roboter selbst zurechtkommen muss, ist nicht falsch, denn unsere Roboter kommen selbst zurecht. Der beste Effekt wird jedoch erzielt, wenn zur Arbeit an der Anpassung unseres Systems entsprechende Anpassungen im Hallenbereich kommen. Der Roboter muss gelehrt werden, man muss seine Funktion verstehen, um ihn optimal nutzen zu können.

Die Anfänge können schwierig oder auch lustig sein. Die Mitarbeiter machen dann verschiedene „Experimente“ – sie prüfen, wie sich der Wagen verhält, wenn sie plötzlich im Weg stehen oder auf ihn klettern, während er fährt – sagt Michał Walęcki. – Sie gewöhnen sich jedoch schnell an die Anwesenheit der Maschine. Sie erkennen auch schnell, dass sie sich selbst schaden, wenn sie dem Roboter das Leben schwer machen, indem sie zum Beispiel achtlos Paletten in den Gängen stehen lassen. Der Roboter ist ein Katalysator für Prozesse, die man als Selbstoptimierung bezeichnen kann.

Die Anwesenheit eines Roboters erzwingt Verbesserungen in der Ordnung, der Arbeitsorganisation und verändert die Herangehensweise an die Nutzung des gemeinsamen Raums. Das Ergebnis ist eine höhere Produktivität und verbesserte Arbeitssicherheit.