Was macht die Roboter von MiR so sicher?
Damit kollaborative und autonome mobile Roboter (AMR) in dynamischen Umgebungen und an der Seite von Menschen arbeiten können, müssen sie absolut sicher sein. Dies gilt umso mehr, als dass AMR branchenübergreifend immer stärker nachgefragt werden.
Wenn man von Sicherheit spricht, muss man unterscheiden: einerseits die Ausstattung und die Merkmale der Roboter, die eine autonome und sichere Navigation im täglichen Betrieb ermöglichen, und andererseits die in den Robotern integrierten Sicherheitsfunktionen, die gewährleisten, dass die Roboter immer sicher sind, selbst wenn ihr Primärsystem ausfällt.
Ausstattung von AMR: Sichere Navigation dank der im MiR-Roboter verbauten Sensoren
Im täglichen Einsatz sorgt ein auf einer Vielzahl von Sensoren basierendes Sicherheitssystem, das Daten in einen komplexen Planungsalgorithmus einspeist, für ein sicheres Fahrverhalten der AMR von MiR. Der Algorithmus teilt dem Roboter mit, wo er sich gerade befindet, und entscheidet, ob der Roboter seine Route anpassen sollte oder womöglich sofort und sicher anhalten muss, um einen Zusammenstoß zu vermeiden.
Zwei Laserscanner zur Navigation und Live-Erkennung von Hindernissen
Alle MiR-Roboter sind mit zwei Laserscannern ausgestattet, die an der vorderen und hinteren Ecke des Roboters angebracht sind und ein 360-Grad-Sichtfeld bieten. Mithilfe der beiden Laserscanner kann der Roboter sicher zurücksetzen, wenn er auf ein Hindernis stößt, das er nicht umfahren kann, oder er kann Personen erkennen, die sich von hinten oder von der Seite nähern, und bei Bedarf anhalten oder seinen Fahrweg anpassen. Als erster AMR-Hersteller verwendet MiR die neueste und modernste Laserscanner-Technologie, den SICK microScan 3. Diese nach ISO 13849 zertifizierten Laserscanner erreichen ein Sicherheitsniveau der Kategorie 3, Performance Level d und haben eine deutlich bessere Leistung als alle anderen Laserscanner auf dem Markt. Sonnenlicht und Staub, welche die Roboternavigation bisher ernsthaft beeinträchtigt haben. sind mit dem SICK microScan 3 kein Problem mehr. Gleichzeitig ist die Präzision dieser Laserscanner zehnmal besser als bei anderen Laserscannertypen.
Zwei 3D-Kameras für mehr Sicherheit
Die Laserscanner sind zwar der Kern des umfassenden Sicherheits- und Navigationssystems der MiR-Roboter, aber auch viele andere Funktionen tragen zum sicheren und reibungslosen täglichen Betrieb der mobilen Roboter von MiR bei.
Eine zusätzliche Navigationshilfe bieten zwei 3D-Kameras, die an der Vorderseite des Roboters montiert sind und Hindernisse bis zu einer Höhe von 1700 mm erkennen können. Mit einem horizontalen Sichtfeldvon 120° kann der Roboter jederzeit Hindernisse auf seinem Weg erkennen. Durch die 3D-Kameras werden insbesondere solche Hindernisse erkannt, die sich unterhalb oder oberhalb des Sichtfelds des Sicherheitslaserscanners befinden. So können die Roboter beispielsweise sicher im Räumen mit Tischen fahren, bei denen sich die Tischplatte oberhalb des Sichtfelds des Laserscanners befindet, aber niedriger als die Höhe des Roboters inklusive Aufsatzmodul und Last ist. Auch Zusammenstöße mit anderen Hindernissen wie wandmontierten Schränken oder Regalen können auf diese Weise vermieden werden.
Näherungssensoren zur Erkennung von Füßen und Paletten
Als einzige AMR auf dem Markt sind die MiR500- und MiR1000-Roboter zusätzlich mit 24 Näherungssensoren ausgestattet, die in allen Ecken der Roboter montiert und auf den Boden gerichtet sind. Diese Sensoren erkennen Füße und Paletten, die sich womöglich unterhalb des Sichtfelds der Laserscanner befinden. Während der Fahrt kann ein AMR vorausliegende Hindernisse auf dem Boden erkennen und diesen dank Kameras ausweichen. Wenn er jedoch aus dem Stand anfährt oder rotiert, können Hindernisse, die sich direkt neben dem Roboter befinden und weniger als 20 cm hoch sind, wie etwa Füße und leere Paletten, von den Laserscannern nicht erkannt werden. Die Näherungssensoren der MiR-Roboter verhindern diese Gefahrensituationen und sorgen für mehr Sicherheit. Kein anderer AMR kann dies leisten, obwohl es gerade für Schwerlastroboter sehr wichtig wäre, da sie, wenn sie über einen Fuß fahren, großen Schaden anrichten können.
Zusätzliche Sensordaten und Software für mehr Sicherheit
MiR-Roboter verfügen zusätzlich über weitere Sensoren, dazu gehören Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop zur Erfassung von Trägheit, Beschleunigung und Rotation sowie Drehgeber an jedem Rad zur Messung der Drehzahl für eine genaue Rückmeldung an die Laserscanner. So wird etwa erkannt, ob der Roboter z. B. auf nassen Böden rutscht.
Die Schutzfelder des Roboters sind von der Geschwindigkeit des Roboters abhängig. Dadurch kann der Roboter sicher und langsam sehr nahe an Hindernisse heranfahren und hält automatisch an, wenn sich eine Person oder ein Hindernis bis auf wenige Zentimeter nähert.
Auch programmierseitig kann ohne viel Aufwand einiges getan werden, um optimale Sicherheit zu gewährleisten. Auf der Karte des Roboters können verbotene Zonen einfach per PC, Smartphone oder Tablet gekennzeichnet werden. Weitere Anweisungen, wie z. B. das Festlegen bevorzugter Wege oder die Begrenzung der Geschwindigkeit des Roboters in stark frequentierten Bereichen, sind ebenfalls leicht programmierbar. Darüber hinaus sind alle MiR-Roboter mit einer markanten umlaufenden Lichtleiste ausgestattet, die den Status des Roboters farblich anzeigt, und auch akustische Signale wie Pieptöne, Hupe oder sonstige Tonsignale lassen sich mühelos einsetzen.
Auf der Karte des Roboters sind verschiedene, farblich unterschiedene Zonentypen leicht einfügbar. Auf diesem Kartenausschnitt sind folgende Zonen zu sehen:
Rot = Verbotene Zone
Grün = Bevorzugte Zone
Gelb = Zone, in der der Roboter einen Signalton abgibt
Funktionale Sicherheit für höhere Zuverlässigkeit der Sicherheitssysteme von MiR
Autonome mobile Roboter befördern ihre Ladung in Umgebungen, in denen sich auch menschliche Kollegen aufhalten. Und zwar ohne externe Sicherheitsmaßnahmen. Viele AMR sind klein und befördern nur leichte Ladung, doch der Trend geht zu immer schwereren AMR, die selbst Paletten oder Sperrgut mit einem Gewicht von bis zu 1000 kg (2200 lbs) transportieren können. Besonders diese Art von AMR kann eine Gefahr darstellen, wenn das übliche Sicherheitssystem aus irgendeinem Grund versagt. Ein Beispiel für eine potenziell sehr gefährliche Situation wäre ein Kurzschluss im Motorsteuergerät. Ohne zusätzliche Sicherheitsfunktionen würde der AMR z. B. mit voller Geschwindigkeit weiterfahren, ohne dass er angehalten werden kann. Das Schadenspotenzial wäre riesig. Das ist nur eines von vielen Beispielen, warum AMR funktionale Sicherheit auf der Grundlage von Sicherheitsnormen bieten müssen. Nur so kann potenziellen Risiken begegnet werden, die durch integrierte sicherheitstechnische Maßnahmen, wie z. B. Sensoreingänge, nicht abgedeckt werden.
Erforderlicher Performance Level für AMR-Sicherheitssysteme
Alle Sicherheitssysteme werden unter der Grundvoraussetzung entwickelt, dass jedes System versagen kann. Nach der am ehesten auf AMR anwendbaren Sicherheitsnorm, der EN 1525, sollten die Sicherheitsfunktionen von AMR so ausgelegt sein, dass sie der Kategorie 3, Performance Level d gemäß EN ISO 13849 entsprechen, eine Norm, die zur Bewertung sicherheitsbezogener Steuerungen dient. Der erforderliche Performance Level wird im Rahmen einer Risikobeurteilung festgelegt, bei der Gefahrensituationen in fünf Performance Levels von PL „a“ (niedrig) bis PL „e“ (hoch) eingeteilt werden. Je höher das Risiko, desto höher muss die Zuverlässigkeit des Sicherheitssystems sein. Bei einem Sicherheitssystem der Stufe PLd beträgt die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde > 10–7 bis > 10–6, d. h. weniger als einmal in 20 Jahren. Die Kategorie gibt die Art der Schaltungsarchitektur an, die zur Erreichung eines bestimmten Performance Levels verwendet wird. Kategorie 3 bedeutet, dass es sich um eine mehrkanalige Struktur handelt, die Einzelfehler immer erkennen kann.
Das Risikodiagramm dient zur Bestimmung des erforderlichen Performance Levels (PLr) für die beschriebene Sicherheitsfunktion. Da ein AMR eine Person ernsthaft verletzen kann, wenn das System versagt, ist für die meisten Sicherheitsfunktionen die Stufe PLd erforderlich.
Zur Einhaltung von Sicherheitsnormen konzipiert
MiR-Roboter erfüllen die Anforderungen der EN 1525 und die des amerikanischen Pendants dieser Norm, der ANSI/ITSDF-Norm B56.5-2012. Zudem sind sie bereits für künftige Normen wie die ISO/FDIS 3691-4, die ISO/FDIS 10218 oder die RIA 15:08 und UL 3100 ausgelegt und verfügen über alle relevanten Sicherheitsfunktionen, um sicherzustellen, dass die Roboter auch dann sicher reagieren, wenn die primären Sicherheitsvorrichtungen ausfallen sollten. Die Sicherheitsfunktionen der MiR-Roboter sind in einem Sistema-Bericht dokumentiert, der von MiR über unsere Händler angefordert werden kann.
Die vier Funktionen Not-Halt, Feldumschaltung, Personenerkennung und Überdrehzahlerkennung sind für AMR verpflichtend und in allen MiR-Robotern integriert. Diese Funktionen stellen sicher, dass die Roboter im Falle eines Fehlers anhalten, indem die Stromzufuhr zum Antrieb unterbrochen wird.
Die fünf Sicherheitsfunktionen Felddeaktivierung, Sicher begrenzte Geschwindigkeit, Sicherer Stopp, Bewegung und System-Not-Halt stehen im Zusammenhang mit Gefahren durch Ladung und Tragkraft und sind daher in den Modellen MiR250, MiR500 und MiR1000 integriert. Diese Funktionen werden auch aktiv von den Robotern im täglichen Betrieb genutzt. Wenn die Roboter z. B. an eine Palettenstation andocken, dient die Felddeaktivierung dazu, das Schutzfeld abzuschalten oder zu reduzieren, da das Schutzfeld bei Schwerlastrobotern für eine ausreichende Sicherheit in der Nähe von Menschen normalerweise recht groß ist, das Feld beim Einfahren in die Stationen aber deutlich kleiner sein muss. Sobald die Roboter aus den Stationen herausfahren, werden die Schutzfelder wieder aktiviert. Auf die gleiche Weise werden die Funktionen Sicherer Stopp und Bewegung in Be- und Entladesituationen genutzt. Sie stellen sicher, dass die Roboter während des Be- und Entladens nicht fahren können. Sobald der Vorgang abgeschlossen ist, werden diese Funktionen deaktiviert, und der Roboter kann wieder normal weiterfahren.
Denken Sie immer an die Sicherheit
Eines sollten Sie unbedingt beachten: Gehen Sie bei Ihren Investitionen in AMR keine Kompromisse bei der Sicherheit ein. Der Einsatz von AMR muss so erfolgen, dass sie immer sicher sind, denn sie arbeiten mit Ihren Mitarbeitern zusammen. Wenn Sie in ein AMR-System investieren, sollten Sie sich daher genau anschauen, wie das AMR-System konzeptionsseitig agiert, wenn – im schlimmsten Fall – die Sicherheitsvorrichtungen ausfallen.
Mit den modernen Multisensor-Sicherheitssystemen und der in den MiR-Robotern integrierten funktionalen Sicherheit gehören die AMR von MiR zu den sichersten autonomen mobilen Robotern auf dem Markt. Die MiR-Roboter erfüllen nicht nur aktuelle und zukünftige Sicherheitsnormen, sondern sind auch die richtige Lösung, mit der Sie für eine Arbeitsumgebung sorgen, in der AMR und Menschen sicher zusammenarbeiten können.
