11/03/2021
Door Ad Spijkers
In het onderzoeksproject Digitale Gefahrenprävention für kollaborative Roboterarbeitsplätze mithilfe einer webbasierten Planungshilfe (afgekort Cobotplanner) heeft het Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) in Magdeburg een webgebaseerd planningshulpmiddel ontwikkeld. Gebruikers kunnen de in opdracht van de Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM) ontwikkelde tool gebruiken om de veiligheid en gezondheid op het werk en het efficiënte ontwerp van collaboratieve robots te verbeteren.
"De cobotplanner laat de robotprogrammeur zien met welke snelheden een veilige bediening van een samenwerking tussen mens en robot mogelijk is; vooral wanneer mensen en robots elkaar kunnen aanraken", vat projectmanager dr. Roland Behrens van Fraunhofer IFF de taak van de nieuwe planningshulp samen.
Veilige samenwerking
Voor collaboratieve robots was het voorheen alleen mogelijk om de maximale snelheden te bepalen met behulp van een meetrisicobeoordeling. Met een kracht- en drukmeetapparaat wordt gecontroleerd of de robot bij een botsing met mensen voldoet aan de biomechanische grenswaarden uit ISO/TS 15066. Voor de meting moet het robotsysteem echter volledig zijn ingesteld en geprogrammeerd. Als de robot de grenswaarden overschrijdt, moet de programmeur de snelheid verlagen. Een dergelijke stap is meestal ongewenst omdat het de cyclustijd van het robotsysteem verlengt en de winstgevendheid vermindert.
"Als deze noodzakelijke aanpassingen aan het systeem in het bedrijf niet worden uitgevoerd, is er een ernstig risico voor de veiligheid en gezondheid van de medewerkers", zegt dr. Matthias Umbreit van de BGHM in Mainz, die het onderzoeksproject naar de cobotplanner initieerde. De nieuwe tool moet dit risico vermijden en helpen om mens-robot samenwerkingen (human-cobot-collaboration ofwel HRC) veilig en gezond te maken - en dat al in de planningsfase. "Voor de lidbedrijven van de BGHM is de cobotplanner een ideaal en eigentijds hulpmiddel. Tests bij verschillende bedrijven hebben dit al aangetoond. Dit is hoe moderne risicopreventie werkt", zegt Erik Sebastian, die het BGHM-project leidde.
De applicatie kan niet alleen nuttig zijn voor operators van werkplekken met HRC. Ook bijvoorbeeld arbeidsveiligheidsspecialisten kunnen het gebruiken voor risicobeoordeling. De cobotplanner is een belangrijke mijlpaal in het aanzienlijk verminderen van de inspanning die nodig is bij de implementatie van toekomstige HRC-toepassingen.
Drie stappen naar veilig robotsysteem
De Cobotplanner is ontworpen als interactieve webapplicatie die gratis beschikbaar is voor verantwoordelijke medewerkers in bedrijven en voor andere geïnteresseerden die een HRC-werkplek plannen. "Met behulp van de intuïtieve gebruikersinterface van de cobotplanner beschrijven gebruikers in slechts drie stappen hun robotsystemen en de aanwezige botsingsrisico's. De cobotplanner simuleert vervolgens de gevaarlijke situaties en gebruikt de resultaten om de maximaal toelaatbare snelheden te bepalen waarbij de robot nog voldoet aan de grenswaarden uit ISO/TS 15066'', aldus Behrens.
De webapplicatie kan met elke huidige internetbrowser worden gebruikt. Omdat de invoergegevens van de gebruikers gevoelige informatie kunnen zijn, zorgt een strikte richtlijn ervoor dat de cobotplanner de gegevens niet permanent opslaat. Gebruikers kunnen desgewenst ook alle invoergegevens downloaden en later opnieuw gebruiken.
Stand der techniek
De technologische basis van de cobotplanner wordt gevormd door verschillende modellen die het effect van contact tussen mens en robot nauwkeurig simuleren. Eerder bekende modellen waren onnauwkeurig. De modellen die voor de cobotplanner worden gebruikt, omvatten een gevaar- en een robotmodel en een biomechanisch model van de mens.
Dankzij het op parameters gebaseerde robotmodel is het in principe mogelijk om elk robottype dat geschikt is voor collaborative operatie in de cobotplanner te gebruiken. Het biomechanische model van de mens gaat terug op de resultaten van de proefpersonenstudies die Fraunhofer-IFF in opdracht van de Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) en BGHM uitvoerde om biomechanische grenswaarden te bepalen.
Het instituut in Magdeburg heeft samen met artsen van de Klinik für Unfallchirurgie van Otto von Guericke Universität en met de betrokkenheid van de verantwoordelijke ethische commissie de simulatieresultaten van de cobotplanner experimenteel gevalideerd in stresstests met proefpersonen.
Foto: Fraunhofer IFF