Mobile Robotik in der bandsynchronen Montage zur flexiblen Mensch-Roboter-Interaktion

Abstract

Die sich wandelnden Anforderungen der Märkte sowie der Produktionsfaktoren in der Automobilindustrie zwingen diese ihre Produktionssysteme weiterzuentwickeln und an die zukünftigen Rahmenbedingungen anzupassen. Der Einsatz mobiler Robotik zur flexiblen Mensch-Roboter-Interaktion in der bandsynchronen Montage schafft die Voraussetzungen für Antworten auf die Herausforderungen in der Produktion von morgen und legt den Grundstein für zukünftige Produktionskonzepte. Die Realisierung in der bandsynchronen Montage stellt besondere Anforderungen an die mobile Robotik. Diese werden auf Basis von untersuchten Anwendungsfällen aus der Montage der Automobilindustrie in einem Anforderungskatalog zusammengetragen und die spezifischen Herausforderungen abgeleitet. Für Betreiber von starr verketteten Produktionssystemen steht neben der technischen Realisierung dieser Herausforderungen vor allem die Gesamtverlässlichkeit der Produktion im Vordergrund. Wesentliche, u.a. experimentell bestätigte Einflussfaktoren auf die Verlässlichkeit eines mobilen Roboters in der bandsynchronen Montage sind die Sicherheit und Zuverlässigkeit. Mit diesem Fokus wird für die bandsynchrone Montage in der Automobilindustrie ein katalogbasiertes Reaktionsverfahren entwickelt, das mithilfe der kognitiven Fähigkeiten des Menschen, aus einer integrierten Risikobeurteilung für Sicherheit und Zuverlässigkeit, vorbeugende Reaktionen für den mobilen Roboter ableitet. Diese sollen den Übergang des Roboters in einen sicheren Zustand - mit möglichst geringen Anforderungen an die mobile Rechenleistung - vorbeugend vermeiden und die geforderte Verfügbarkeit des verketteten Produktionssystems ermöglichen. Hierbei greift das Reaktionsverfahren nicht in die aus der Sicherheitsbeurteilung festgelegten technischen Schutzmaßnahmen ein. Die vorläufige Identifikation von Reaktionen ist aufgrund der bekannten Arbeitsabläufe und der für den industriellen Einsatz ohnehin durchzuführenden Sicherheitsbeurteilung in der Montage möglich. Die Verbesserung der Verfügbarkeit wird im Anschluss unter Laborbedingungen und in der bandsynchronen Montage experimentell nachgewiesen.

In face of increasing challenges on the markets as well as increasing demands from the factors of production, the automobile industry is forced to further extend their production systems and adapt them to future standards. The implementation of mobile robots for a flexible human-robot interaction, synchronized with and located on the assembly line is a solution to the aforementioned upcoming production challenges. However, mobile robots on a synchronized assembly line also presuppose extraordinary requirements. They will be collated in a catalog, based on case studies and derive the concrete challenges related to them. Apart from being able to realize the technical solutions, the operators of fix-chained production systems will also be interested in highly reliable solutions. The factors that render a mobile robot reliable in synchronized operations with an assembly line are safety and tenacity. With this in mind, we will develop a list of reactive behaviors for said assembly lines in the automobile industry incorporating both the cognitive abilities of us humans as well as an industrial risk assessment. Based on that we will further derive preventive reactive behaviors for a mobile robot given limited onboard computing power. They shall act as precautionary methods with the objective of preventing a transition into the safety state to ensure the availability of a fix-chained production line. Furthermore, the reactive behavior introduced cannot interfere with the technical safety mechanisms lined out in the risk assessment. The preliminary identification of reactive behaviors is possible due to the well-known workflows and safety requirements on the assembly line. A reactive behavior is implemented as an example and the improvement of the production line’s availability is shown empirically.