Safety in der Industrierobotik Fraunhofer IFF demonstriert adaptive Sicherheitslogik für Industrieroboter

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Roboter sollen künftig flexibel auf Veränderungen reagieren, mit Menschen zusammenarbeiten und dabei berechenbar bleiben. Eine neue Fallstudie des Fraunhofer IFF zeigt, wie dieses Ziel im EU-Projekt RoboSAPIENS technisch umgesetzt wird und was das für die Industrie bedeutet.

Industrieroboter stoßen aber schnell an Grenzen, wenn sich ihre Umgebung ändert. Neue Produktvarianten, ungeplante Störungen oder die direkte Zusammenarbeit mit Menschen erfordern bislang aufwendige Umrüstungen oder zusätzliche Sicherheitszonen. Genau hier setzt das europäische Forschungsprojekt RoboSAPIENS an, das seit Januar 2024 im Rahmen von Horizont Europa läuft.

Der Anspruch des Projekts: Roboter sollen ihre Strategien selbst anpassen können, ohne dabei Sicherheit und Nachvollziehbarkeit einzubüßen. Anders als klassische Systeme arbeiten die RoboSAPIENS-Ansätze nicht starr, sondern nutzen KI-Methoden und virtuelle Modelle, um Situationen zu bewerten und ihr Verhalten anzupassen. Eine entscheidende Rolle spielt dabei der digitale Zwilling, der Veränderungen zunächst virtuell durchspielt, bevor sie in der realen Anlage greifen.

Praxisnahe Erprobung in Magdeburg

Das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg bringt als Praxispartner die entwickelten Konzepte in realitätsnahe Anwendungsszenarien. Im Mittelpunkt steht die Mensch-Roboter-Kollaboration mit Cobots in flexiblen Produktionsumgebungen, also dort, wo klassische Schutzkonzepte oft an ihre Grenzen kommen.

Die nun veröffentlichte Fallstudie zeigt, dass Roboter während laufender Prozesse ihr Verhalten anpassen können, etwa bei Störungen oder unerwarteten Änderungen im Arbeitsraum. Digitale Zwillinge dienen dabei als Sicherheitsnetz: Anpassungen werden vorab simuliert, Risiken lassen sich früh erkennen und vermeiden. Ergänzend sorgen spezielle Mechanismen dafür, dass auch während der Anpassung die Sicherheit der Menschen gewährleistet bleibt.

Dynamische Risikobewertung statt pauschaler Tempodrosselung

Technisch kombiniert das Projekt die Sicherheitsmodi „Kraft- und Leistungsbegrenzung“ sowie „Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung“ gemäß ISO/TS 15066. In der Praxis bedeutet das: Ist kein Mensch in der Nähe, arbeitet der Roboter mit hoher Geschwindigkeit. Nähert sich eine Person, reduziert das System die Geschwindigkeit körperteilspezifisch, bleibt dabei aber stets innerhalb der zulässigen Grenzen. Ziel ist eine produktive Zusammenarbeit ohne pauschale Geschwindigkeitseinbußen.

Ein Kamerasystem erfasst den Menschen im Arbeitsraum als dreidimensionales Skelett und unterscheidet Körperbereiche wie Hand, Oberarm oder Kopf. Diese Positionsdaten verknüpft das System mit den aktuellen Bewegungs- und Positionsinformationen des Roboters und berechnet daraus fortlaufend das Risiko. Je nach Situation regelt der Roboter seine Geschwindigkeit nach: In Handnähe reduziert er so weit, dass eine mögliche Kollision nicht schmerzhaft wird, bei Annäherung an den Kopf greift eine deutlich stärkere Drosselung. Zusätzlich unterscheidet der Ansatz zwischen Stoß und Klemmung, indem er berücksichtigt, ob überhaupt eine Einklemmstelle mit einer statischen Struktur entstehen kann. So soll der Roboter ohne Schutzzaun zügig arbeiten, aber in Menschennähe kontrolliert und nachvollziehbar reagieren.

Schritt in Richtung industrieller Nutzung

Für Industriebetriebe könnte das ein wichtiger Baustein sein, um Automatisierung und Mensch-Roboter-Zusammenarbeit weiterzuentwickeln, ohne auf starre Schutzkonzepte angewiesen zu sein. Ob und wie schnell die Konzepte den Weg in Serienlösungen finden, dürfte sich in den nächsten Monaten zeigen.

RoboSAPIENS ist ein auf 36 Monate angelegtes EU-Forschungsprojekt. Koordiniert von der Universität Aarhus arbeiten Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industriepartner aus mehreren Ländern zusammen. Neben dem Fraunhofer IFF sind unter anderem die Universität York, die Universität Antwerpen, die Aristoteles-Universität Thessaloniki, das Dänische Technologische Institut sowie Pal Robotics beteiligt. (mc)

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