In den Fertigungshallen und Lagern agieren Roboter heute nicht mehr zwingend räumlich getrennt von Menschen. Fachkräfte und Roboter arbeiten oft Seite an Seite, wobei die Roboter mühsame Aufgaben wie den Transport schwerer Gegenstände oder das Palettieren von Waren übernehmen. Solche Cobots soll die Effizienz steigern und das Risiko von Überanstrengung oder Verletzungen bei den Mitarbeitenden verringern. Es ist jedoch nicht einfach, eine sichere Interaktion zwischen Mensch und Maschine zu gewährleisten.
Die Entwickler von Robotern können Jahre damit verbringen, Sicherheitsfunktionen zu entwickeln, die strengen Zertifizierungsanforderungen genügen müssen, und sie immer wieder zu testen. Der immense Zeitaufwand erhöht die Time to Market und damit die Zeitspanne bis zum Umsatz. Hersteller suchen deswegen nach Möglichkeiten, um ihre Roboter schneller auf den Markt zu bringen. Durch den Einsatz von vorzertifizierten Prozessoren, Steuerplatinen und Elektronik lassen sich Monate oder sogar Jahre an zusätzlicher Arbeit einsparen.
Schnellere Roboterentwicklung
Kritische Systeme wie Roboter, die mit Menschen zusammenarbeiten, müssen robuste Steuerungen für funktionale Sicherheit enthalten. FuSa (für Functional Safety) ist eine internationale Standardmethode zur automatischen Erkennung und Behebung von Fehlfunktionen elektronischer Systeme in kritischen Systemen – in diesem Fall Fehlfunktionen, die Menschen schaden könnten. Wenn das FuSa-System eines Roboters etwa anzeigt, dass er vom Kurs abweicht oder zu schnell fährt, sendet es ein Signal, um alle beweglichen Teile anzuhalten.
Um eine Zulassung für Cobots zu erhalten, müssen die Entwickler FuSa-Steuerungen für jede Aktion einbauen, die Menschen beeinträchtigen könnte. Dazu zählen insbesondere die Fahrgeschwindigkeit, die Kraft, die sie aufwenden, um einen Gegenstand von einer menschlichen Hand zu greifen und das Drehmoment, das sie bei der Drehung ausüben. Diese und weitere Variablen müssen den strengen ISO-Vorgaben und manchmal auch länderspezifischen Normen entsprechen. Sowohl die Hardware als auch die Software im Zusammenhang mit der funktionalen Sicherheit müssen zertifiziert werden.
Was die Hardware betrifft, so muss jede der Tausenden von elektronischen Komponenten im Embedded-Rechner eines Roboters von einem qualifizierten Prüfungsinstitut zertifiziert werden. Wenn ein Entwickler einen Roboter von Grund auf neu baut, kann dieser Prozess mehrere Jahre dauern. Aus diesem Grund hat NexCobot die Sicherheitssteuerung SCB100 entwickelt, die vorzertifizierte Intel-Atom-x6000-Prozessoren nutzt, was sowohl dem Anbieter als auch seinen Kunden Zeit spart. So muss nicht mehr nachgewiesen werden, dass die CPU sicher ist, weil Intel dies bereits getan hat. Darüber hinaus ist das gesamte SCB100-Board selbst FuSa-zertifiziert. Zuletzt hat NexCobot für die Steuerung sogar das Zertifikat für funktionale Sicherheit nach EN61508 und ISO13849-1 vom TÜV Rheinland erhalten.
Um den Zertifizierungsprozess zu beschleunigen und zu vereinfachen, stellt Intel zusammen mit der Hardware und Software auch technische Unterlagen wie Sicherheitshandbücher, Sicherheitsanalysen und Benutzerhandbücher zur Verfügung. Da die gesamte Hardware vorzertifiziert ist, können Roboterhersteller, die das SCB100-Board verwenden, ihre Anwendungen sofort entwickeln und müssen nicht erst auf die Zulassung der Hardware warten. Mit den integrierten Intel-Softwarebibliotheken können sie die Softwareentwicklung weiter beschleunigen, indem sie bestehende Anwendungen einfach importieren und kundenspezifische Sicherheitsprotokolle für Funktionen entwickeln, die den spezifischen Kundenanforderungen entsprechen.
Safety für kritische Systeme
Das SCB100 sichert Roboteraktionen mit Intel Safety Island (Intel SI) ab, das in den Prozessor integriert ist. Das Feature unterstützt die funktionale Sicherheit, steuert die Intel-on-Chip-Diagnose, meldet Fehler und überwacht sicherheitsrelevante Anwendungen. Wenn ein Roboter in Betrieb ist, überprüfen die sicherheitsrelevante Softwareanwendungen des SCB100-Boards ständig die Berechnungen für Richtung, Geschwindigkeit, Kraft und andere Faktoren in Echtzeit, um sicherzustellen, dass er korrekt arbeitet. Das ist wichtig, denn es gibt über hundert verschiedene Möglichkeiten, die ein Problem verursachen können, darunter eine Stromabweichung oder ein Speicherfehler. Wenn ein Sicherheitsfehler auftritt, hält das System den Roboter sofort an und sendet eine Rückmeldung über das Problem an den Systemintegrator des Betreibers.
Die Prozessoren sind leistungsfähig genug, um mehrere KI- und Computer-Vision-Workloads auszuführen und so nicht-sichere Bewegungssteuerung mit Sicherheitsanwendungen zu kombinieren. Dadurch können Entwickler mehr Funktionen einbauen und gleichzeitig Platz und Geld sparen. Das Ergebnis ist ein leichter, kompakter Roboter, der für Kunden einfach zu installieren und in engen Räumen einzusetzen ist.
Roboter als Partner des Werkers
In dem Maße, in dem Roboter lernen, mehr zu tun, wird ihre Interaktion mit dem Menschen immer weniger nach Befehl und Kontrolle und immer mehr nach Teamarbeit aussehen. So kann ein Entwickler dem Roboter zum Beispiel ein unfertiges Teil direkt in die Hand geben und es dann zur Konturierung auf einer CNC-Maschine ablegen, anstatt ein Sicherheits-Handgerät für das Robotertraining zu verwenden. In Zukunft wird es immer mehr Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern geben. Es ist damit zu rechnen, dass in den nächsten fünf bis zehn Jahren humanoide Roboter – mit künstlichen Armen und Beinen – neben Menschen in Fabriken, Geschäften und Lagern arbeiten werden.
Je mehr Aufgaben Roboter bei der Zusammenarbeit mit Menschen übernehmen, desto mehr eingebaute Sicherheit werden sie benötigen. Regulierungsbehörden, die früher von den Entwicklern zwei oder drei FuSa-Steuerungen verlangten, verlangen heute bereits mehr als 30. Da immer leistungsfähigere Roboter in den Fabriken und Lagern Einzug halten, wird der Druck, Modelle mit erweiterten Funktionen auf den Markt zu bringen, zunehmen. Auch der Einsatz von Hochleistungschips ist hilfreich. Aufgrund der hohen Rechenleistung können Roboter viele Sicherheitsfunktionen ausführen, ohne dass sie mehrere CPUs benötigen. Die Nutzung einer vorzertifizierten Sicherheitssteuerungsplatine wird Entwicklern in jedem Fall helfen, komplexe Robotermodelle – egal ob Cobots, AMRs und AGVs oder Roboter anderer Kategorien – schneller auf den Markt zu bringen.
