{"id":7298,"date":"2020-08-12T16:26:39","date_gmt":"2020-08-12T14:26:39","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.generationrobots.com\/?p=7298"},"modified":"2024-09-26T09:52:47","modified_gmt":"2024-09-26T07:52:47","slug":"erhohte-sicherheit-fur-schreiner-dank-des-kooperativen-roboterarms-panda","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/de\/erhohte-sicherheit-fur-schreiner-dank-des-kooperativen-roboterarms-panda\/","title":{"rendered":"Erh\u00f6hte Sicherheit f\u00fcr Schreiner dank des kooperativen Roboterarms Franka Research 3"},"content":{"rendered":"\t\t
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Der Panda-Roboterarm ist der V1 des Cobot Franka Research 3 (FR3), entwickelt vom deutschen Hersteller FRANKA EMIKA.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Der nachstehende Artikel ist ein Erfahrungsbericht des Forschungszentrums INRIA Bordeaux \u2013 Sud-Ouest<\/strong>, einem langj\u00e4hrigen Partner von Generation Robots<\/strong>. Im folgenden Experiment verwendeten Forscher des INRIA einen kooperativen Roboterarm, um Schreinern bei der Holzbearbeitung zu helfen und Unfallrisiken zu reduzieren (oder zu vermeiden).<\/p>\n\n\n\n

Die auf dieser Erfahrung basierende Publikation erhielt bei der Konferenz ICRA 2020<\/strong> den Best Paper Award 2020 in der Kategorie Automation. ICRA ist eine internationale Konferenz im Bereich Robotik und Automatisierung. Mehr als 4.000 Forscher nahmen diesmal virtuell \u2013 aufgrund der Gesundheitskrise \u2013 an der Auflage 2020 der Konferenz teil.<\/p>\n\n\n\n

Auf dem Programm standen Workshops, Keynotes und Vollversammlungen, bei denen sich die Teilnehmer \u00fcber die neuesten Innovationen in der Robotik austauschen konnten, speziell im Zusammenhang mit der Bek\u00e4mpfung des Coronavirus.<\/p>\n\n\n\n

\"INRIA<\/figure>\n\n\n\n

Sicherheit der Handwerker mithilfe kollaborierender Robotersysteme gew\u00e4hrleisten<\/h2>\n\n\n\n

Ziel: <\/strong>Das Unfallrisiko von Schreinern beim Einsatz einer Tischkreiss\u00e4ge zum Zuschneiden von Brettern reduzieren (oder vermeiden).<\/p>\n\n\n\n

Methode: <\/strong>Unterst\u00fctzung des Handwerkers durch einen dritten, robotisierten und autonomen Arm, dessen alleinige Aufgabe die Gew\u00e4hrleistung der Sicherheit ist.<\/p>\n\n\n\n

Schreinerei: Ein Risikoberuf<\/h2>\n\n\n\n

Grund f\u00fcr die Wahl dieser Aufgabe:<\/strong> Bei diesem Projekt fiel die Wahl der Pilotaufgabe auf die Holzbearbeitung aufgrund ihrer Bedeutung in der Schreinerei, aber auch der Schwere der auftretenden Arbeitsunf\u00e4lle.<\/p>\n\n\n\n

Das IRIS-ST (Institut de Recherche et d\u2019Innovation sur la Sant\u00e9 et la S\u00e9curit\u00e9 au Travail) verzeichnete im Jahr 2016 5.118 Unf\u00e4lle bei 61.764 Schreinern<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

27% <\/strong>dieser Unf\u00e4lle standen mit dem Einsatz von Werkzeugen im Zusammenhang.<\/p>\n\n\n\n

Laut einer weiteren Studie unter 1.200 Schreinerlehrlingen gaben 80% <\/strong>von ihnen an, an ihrem Arbeitsort bereits einen Arbeitsunfall beobachtet zu haben (J. Hester et al.).<\/p>\n\n\n\n

\u00dcberlegungen zur Robotisierung von Holzbearbeitungsaufgaben zur Reduzierung des Unfallrisikos<\/h2>\n\n\n\n

Heute gibt es industrielle Automationsl\u00f6sungen<\/strong> f\u00fcr zahlreiche Bearbeitungsaufgaben wie die Metallurgie oder die Herstellung elektronischer Komponenten. Doch diese L\u00f6sungen eignen sich nicht f\u00fcr die Holzbearbeitung<\/strong>, die eine h\u00f6here Flexibilit\u00e4t, Anpassungsf\u00e4higkeit und mehr Fingerspitzengef\u00fchl erfordert.<\/p>\n\n\n\n

Au\u00dferdem sind diese L\u00f6sungen f\u00fcr Kleinunternehmen zu kostspielig<\/strong>.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

Deshalb positionieren sich kooperative Roboter als interessantes Werkzeug: <\/strong>Sie sind nicht nur g\u00fcnstiger und flexibler, sondern tragen auch zur Erhaltung des handwerklichen K\u00f6nnens bei.<\/p>\n\n\n\n

Alternativen zum kollaborierenden Roboterarm wurden ebenfalls untersucht, um Handwerker in der Holzbearbeitung zu unterst\u00fctzen und ihre Sicherheit zu verbessern. Eine dieser Alternativen ist ein Exoskelett<\/strong>, das die Kraft des Handwerkers steigert und so Unfallrisiken aufgrund von Erm\u00fcdung oder zu hohem Kraftaufwand reduziert.<\/p>\n\n\n\n

Durchf\u00fchrung des Experiments: Einsatz eines kooperativen Roboterarms beim Schneiden von Brettern<\/h2>\n\n\n\n

Im nachstehend beschriebenen Experiment wird der Roboterarm Panda<\/a><\/strong> des deutschen Herstellers FRANKA EMIKA<\/strong> verwendet, der in Frankreich von Generation Robots kommerzialisiert wird.<\/p>\n\n\n\n

Beim Panda handelt es sich um einen Roboterarm von herausragender Fertigungsqualit\u00e4t, ausgestattet mit 7 Freiheitsgraden und ROS-kompatibel<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Der Panda besitzt Drehmomentsensoren an allen Achsen<\/strong>, die ihm eine sehr hohe Compliance verleihen \u2013 ein gefragter Vorteil im vorliegenden Anwendungsfall.<\/p>\n\n\n\n

\"Kollaborierender<\/figure>\n\n\n\n

Der Roboterarm ist \u00fcbrigens auch kosteng\u00fcnstiger als andere, \u00e4hnliche Modelle und eignet sich aufgrund seiner technischen Daten besonders gut f\u00fcr dieses Experiment.<\/p>\n\n\n\n

Sollten Sie einen Roboterarm f\u00fcr Ihr Projekt suchen, empfehlen wir Ihnen unseren Artikel \u201eKriterien, f\u00fcr die man sich vor dem Kauf eines Roboterarms interessieren sollte<\/a>\u201d, der Ihnen bei der Auswahl helfen kann.<\/p>\n\n\n\n

Aufgabe des kollaborierenden Roboterarms<\/h3>\n\n\n\n

In der Holzbearbeitung ereignen sich Unf\u00e4lle<\/strong> haupts\u00e4chlich dann, wenn das S\u00e4geblatt auf einen Ast im Holz<\/strong> trifft. Die Folge ist eine radikale, f\u00fcr den Handwerker \u00fcberraschende \u00c4nderung der Schubkr\u00e4fte (Geschwindigkeit oder Richtung).<\/p>\n\n\n\n

Der kooperative Roboterarm dient dem Handwerker als Schutzmechanismus.<\/strong> Der Mensch schiebt seine Platten auf dem Tisch immer weiter in Richtung der Kreiss\u00e4ge, doch seine Bewegungen werden vom Roboterarm verst\u00e4rkt. Dieser ist in der Lage, sofort eine Geschwindigkeits- oder Richtungs\u00e4nderung der Platte zu erkennen, und passt die Schubkraft sofort entsprechend an<\/strong>.\u00a0<\/p>\n\n\n\n

Bei diesem System sollte der Handwerker keine pl\u00f6tzliche \u00c4nderung der Gleitgeschwindigkeit des Bretts mehr erleben, was das Unfallrisiko stark reduziert.<\/p>\n\n\n\n

Der Vorteil dieser L\u00f6sung ist, dass der Mensch nicht von der Maschine ersetzt, sondern lediglich unterst\u00fctzt wird. Der Handwerker beh\u00e4lt die Kontrolle \u00fcber den Schnitt und bleibt in Kontakt mit dem von ihm bearbeiteten Material.<\/p>\n\n\n\n

1. Schritt des Experiments: Erstellung eines digitalen Modells<\/h3>\n\n\n\n

Das Forschungsteam begann damit, ein virtuelles Modell einer Tischkreiss\u00e4ge sowie ihres menschlichen Bedieners zu erstellen<\/strong>. Dieses digitale Modell wurde anschlie\u00dfend in MatLab<\/strong> implementiert.<\/p>\n\n\n\n

Bei dieser Simulation k\u00f6nnen verschiedene Parameter ver\u00e4ndert werden<\/strong>, darunter die Schubkraft, die St\u00e4rke des Bretts, das Vorhandensein und die Position der \u00c4ste im Holz, die Drehgeschwindigkeit der S\u00e4ge \u2026<\/p>\n\n\n\n

Mithilfe dieses virtuellen Modells konnten die Forscher Simulationen von Szenarien erstellen und untersuchen, die f\u00fcr den Handwerker m\u00f6glicherweise Gefahren bergen und zu Unf\u00e4llen f\u00fchren k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Dank dieses Modells k\u00f6nnen zahlreiche Bearbeitungssimulationen generiert werden, vom optimalen Szenario bis hin zum Unfallfaktor.<\/p>\n\n\n\n

2. Schritt des Experiments: Reproduktion der Simulation in der Realit\u00e4t<\/h3>\n\n\n\n

Bau des Modells<\/h4>\n\n\n\n

Um die anhand der Simulation gemachten Beobachtungen<\/strong> zu den Auswirkungen einer pl\u00f6tzlichen Schwankung der Schnittgeschwindigkeit zu best\u00e4tigen, entwickelte das Team ein Experiment<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Um unn\u00f6tige Unf\u00e4lle zu vermeiden, entschied sich das Team des INRIA Bordeaux \u2013 Sud-Ouest daf\u00fcr, einen eigenen Schneidetisch zu konzipieren<\/strong>. Dieser bestand aus einer F\u00fchrungsschiene, die auf einem Tisch montiert wurde und so die M\u00f6glichkeit bot, eine Platte \u00fcber den Tisch zu schieben. Erg\u00e4nzt wurde die Installation von einem Panda-Roboterarm des Herstellers FRANKA EMIKA.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"INRIA-Experiment<\/figure>\n

Die Gleitgeschwindigkeit der Platte wurde durch ein unter dem Tisch platziertes Ausgleichssystem gesteuert, das einem tats&auml;chlichen Schneidetisch m&ouml;glichst &auml;hneln sollte.<\/p>\n

Tests unter realen Bedingungen<\/h4>\n

Das Forscherteam forderte 3 verschiedene Schreiner auf, den Zuschnitt eines Bretts auf diesem Modell zu simulieren. Jeder der Schreiner f&uuml;hrte 5 Tests durch, die aufgezeichnet und gemessen wurden. Vor diesen Tests hatten die 3 Testpersonen Gelegenheit, ein paar Probel&auml;ufe durchzuf&uuml;hren, um sich an die Anlage und die damit verbundenen Bewegungsabl&auml;ufe zu gew&ouml;hnen.<\/p>\n

Im Laufe der verschiedenen Tests simulierten die Forscher Schnitte in &Auml;ste, die eine pl&ouml;tzliche Geschwindigkeits&auml;nderung nach sich zogen.<\/p>\n

Bei der letzten Testperson, die im Zuge dieser Simulationen einen Schnitt durch einen Ast durchf&uuml;hrte, legte der Panda-Arm eine konstante, zus&auml;tzliche vertikale Andr&uuml;ckkraft nach unten von 50&nbsp;N an (Anwendungskriterium war eine &Auml;nderungsrate der planaren Geschwindigkeit von &uuml;ber 20&nbsp;m\/s\u00b2).<\/p>\n

Die nachstehenden Kurven zeigen die drei Szenarien der Simulation eines Astfehlers im Holz:<\/p>\n

\"Verwendung<\/figure>\n