E-Book, Deutsch, 482 Seiten
Handbuch Mensch-Roboter-Kollaboration
ISBN: 978-3-446-46023-2
Verlag: Carl Hanser Fachbuchverlag
Format: EPUB
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)
E-Book, Deutsch, 482 Seiten
ISBN: 978-3-446-46023-2
Verlag: Carl Hanser Fachbuchverlag
Format: EPUB
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Jeder Robotereinsatz hat nur dann Sinn, wenn er dem Menschen nützt. Der Nutzen eines Roboters entsteht durch seine Fähigkeit, uns von Arbeit zu befreien, die wir nicht machen können oder wollen. Bei der Mensch-Roboter-Kooperation geht es um Arbeitsplätze, an denen der Mensch ohne trennende Schutzeinrichtungen direkt mit einem Roboter zusammenarbeitet. Dadurch wird z.B. die höhere Flexibilität des Menschen mit der größeren Ausdauer und Genauigkeit der Maschine kombiniert. Das vorliegende Handbuch beschreibt alle wichtigen Aspekte, die beim Einsatz von kollaborativen Robotern eine Rolle spielen:
- das Geschäfts- und Wettbewerbsumfeld - Wo und wann lohnt sich der Einsatz von kollaborativen Robotern überhaupt?
- der vorhandene Maschinenpark im Unternehmen - Passen Roboter da hinein oder muss man zusätzliche Investitionen einplanen?
- Arbeitsschutz - Sind Roboter unter allen Umständen sicher?
- Technik - Welche Typen gibt es, welche Steuerungskonzepte gibt es?
- Produktionsprozesse - Wie werden Roboter auf allen Ebenen erfolgreich integriert, ohne Menschen zu benachteiligen?
Zahlreiche Beispiele aus verschiedenen Branchen zeigen die verschiedenen Einsatzszenarien von kollaborativen Industrierobotern. Ein eigenes Kapitel widmet sich zukünftigen Anwendungen, unter anderem im Servicebereich. Dieses Buch ist ein Muss für alle, die den Roboter jenseits der Großserie für eine wandelbare Produktionsumgebung einsetzen möchten.
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;8
3;Autorenverzeichnis;14
4;1 Einführung in die industrielle Robotik mit Mensch-Roboter-Kooperation;18
4.1;1.1 Mensch-Roboter-Kooperation als Trend für die Zukunft der Robotik;18
4.2;1.2 Einsatzpotenziale und Klassifikation der Mensch-Roboter-Kooperation;21
4.2.1;1.2.1 Automatisierungspotenzial durch MRK-Anwendungen;21
4.2.2;1.2.2 Formen der Mensch-Roboter-Kooperation;23
4.2.3;1.2.3 Beispielapplikationen mit Mensch-Roboter-Kooperation;25
4.3;1.3 Robotersicherheit;31
4.3.1;1.3.1 Anlagensicherheit und Risikobeurteilung für Robotersysteme;31
4.3.2;1.3.2 Zielkonflikt zwischen Produktivität und Sicherheit;32
4.3.3;1.3.3 Unfallanalyse in der Industrierobotik;33
4.3.4;1.3.4 Sicherheitsvorgaben für MRK-Systeme in der Normung;36
4.3.5;1.3.5 Sicherheitsstrategien in der direkten physischen MRK;38
4.3.6;1.3.6 Kollisionsfolgenabschätzung in der Robotik;40
4.3.7;1.3.7 Bewertungsstrategie zur Steuerung des Verletzungspotenzials in MRK-Anwendungen;45
4.4;1.4 Literaturverzeichnis;49
5;2 Hardwareseitige MRK-Systemgestaltung;54
5.1;2.1 Grundlagen der Industrierobotik;54
5.1.1;2.1.1 Aufbau der Mechanik;55
5.1.2;2.1.2 Sicherheitstechnik im und am Roboter;57
5.1.3;2.1.3 Programmierung von IR;58
5.2;2.2 Kollaborationen unter Einsatz konventioneller Roboter;61
5.2.1;2.2.1 Kollaborationsarten;61
5.2.2;2.2.2 Erweiterte Sicherheitstechnik;63
5.3;2.3 Kollaborationsfähige Roboter;65
5.3.1;2.3.1 Biomechanische Grenzen;65
5.3.2;2.3.2 Anwendungsbereiche von kollaborationsfähigen Robotern;66
5.3.3;2.3.3 Sicherheitstechnik in kollaborationsfähigen Robotern;67
5.3.4;2.3.4 Systeme zur Unterstützung bei der Programmierung von kollaborationsfähigen Robotern;76
5.4;2.4 Peripherie;77
5.4.1;2.4.1 Endeffektoren als Bestandteil von MRK-Systemen;79
5.4.2;2.4.2 Greifer – Grundlagen;79
5.4.3;2.4.3 MRK-Greifsysteme und Schraubsysteme;81
5.4.4;2.4.4 Neuartige Greifertypen;84
5.5;2.5 Literaturverzeichnis;86
6;3 Sensortechnik;88
6.1;3.1 Sensortechnik als Grundlage für die Mensch-Roboter-Kooperation;88
6.1.1;3.1.1 Messaufgaben für die Mensch-Roboter-Kooperation;88
6.1.2;3.1.2 Physikalische Sensoreffekte, Sensorsysteme und Signalverarbeitung in MRK-Systemen;90
6.1.3;3.1.3 Messunsicherheit, Zuverlässigkeit und Sicherheit bei Sensoren;92
6.2;3.2 Sensoren zur Messung der Zustandsgrößen der Umgebung (externe Sensoren);94
6.2.1;3.2.1 Resistive Sensoren;94
6.2.2;3.2.2 Kapazitive Sensoren;96
6.2.3;3.2.3 Induktive Sensoren;99
6.2.4;3.2.4 Akustische Sensoren;100
6.2.5;3.2.5 Optische Sensoren;102
6.2.6;3.2.6 Pneumatische Sensoren;110
6.2.7;3.2.7 Radarsensoren;113
6.2.8;3.2.8 Bioelektrische Sensoren;115
6.3;3.3 Sensoren zur Messung der inneren Zustandsgrößen eines Robotersystems (interne Sensoren);119
6.3.1;3.3.1 Kraft- und Momentenmessung;119
6.3.2;3.3.2 Positions-, Weg- und Winkelmessung;125
6.3.3;3.3.3 Beschleunigungs- und Drehratenmessung;126
6.4;3.4 Literaturverzeichnis;129
7;4 Steuerungstechnik;134
7.1;4.1 Industrielle Steuerungen;134
7.1.1;4.1.1 Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS);135
7.1.2;4.1.2 Bewegungssteuerung;137
7.1.3;4.1.3 Sichere Steuerung;139
7.1.4;4.1.4 Sichere Antriebsfunktionen;141
7.2;4.2 Steuerungssimulation;150
7.2.1;4.2.1 Virtuelle Methoden der digitalen Fabrik;150
7.2.2;4.2.2 Erweiterung auf die Mensch-Roboter-Kooperation;183
8;5 Mensch-Roboter-Interaktion;186
8.1;5.1 Einleitung;186
8.2;5.2 Modalitäten zur Interaktion;190
8.2.1;5.2.1 Unimodale Interaktion unter Nutzung auditiver Schnittstellen;191
8.2.2;5.2.2 Unimodale Interaktion unter Nutzung taktiler Schnittstellen;194
8.2.3;5.2.3 Unimodale Interaktion unter Nutzung visueller Schnittstellen;195
8.2.4;5.2.4 Multimodale Interaktion unter Nutzung verschiedener Schnittstellen;196
8.3;5.3 Programmierung von Robotern;199
8.3.1;5.3.1 Roboter-zentrierte Programmierung;200
8.3.2;5.3.2 Aufgaben-zentrierte Programmierung;206
8.3.3;5.3.3 Führungs-zentrierte Programmierung;212
8.3.4;5.3.4 Benutzer-zentrierte Programmierung;216
8.4;5.4 Erkennung von möglichen Mensch/Roboter-Kollisionen;220
8.4.1;5.4.1 Grundlagen;223
8.4.2;5.4.2 Binäre Lokalisation;225
8.4.3;5.4.3 Lokalisation mit Einzelsensor;227
8.4.4;5.4.4 Lokalisation mit Sensorfusion;239
8.4.5;5.4.5 Vergleich der Methoden;252
8.5;5.5 Reaktion auf mögliche Mensch-Roboter-Kollisionen;252
8.5.1;5.5.1 Kollisionsentschärfung;254
8.5.2;5.5.2 Geschwindigkeitsregelung;257
8.5.3;5.5.3 Lokale Ausweichbewegung;262
8.5.4;5.5.4 Globale Ausweichbewegung;266
8.5.5;5.5.5 Vergleich der Verfahren;271
8.5.6;5.5.6 Systemstudie SIMERO;272
8.6;5.6 Koordinierung hybrider Mensch-Roboter-Teams;277
8.6.1;5.6.1 Grundlagen;278
8.6.2;5.6.2 Statische Team-Organisation;282
8.6.3;5.6.3 Semi-dynamische Team-Organisation;284
8.6.4;5.6.4 Dynamische Team-Organisation;286
8.7;5.7 Literaturverzeichnis;289
9;6 Planung, Simulation und Inbetriebnahme;294
9.1;6.1 Stand der Simulationstechnik und der virtuellen Inbetriebnahme;294
9.1.1;6.1.1 Ziele und Nutzen der Simulation;294
9.1.2;6.1.2 Roboter- und Arbeitszellensimulationssysteme;296
9.2;6.2 Aufgabenteilung zwischen Mensch und Roboter;296
9.3;6.3 Prozesssimulation;301
9.3.1;6.3.1 Einordnung in bestehende Definitionen;301
9.3.2;6.3.2 Softwaresysteme zur ganzheitlichen Simulation von MRK-Produktionsprozessen;304
9.3.3;6.3.3 Innovative Ansätze zur virtuellen Auslegung von Mensch-Roboter-Umgebungen;310
9.4;6.4 Von der Simulation zur Inbetriebnahme;314
9.4.1;6.4.1 Virtuelle Inbetriebnahme mittels durchgängiger Planungskette;314
9.4.2;6.4.2 Unzureichende Absolutgenauigkeit von Industrierobotern;316
9.4.3;6.4.3 Steigerung der Absolutgenauigkeit durch Kalibriermethoden;317
9.4.4;6.4.4 Lokale kameragestützte Referenzierung zur Steigung der Positioniergenauigkeit;318
9.4.5;6.4.5 Automatisierte Greif- und Bahnplanung;318
9.5;6.5 Planung und Simulation von Sicherheit – Sensorsimulation;320
9.6;6.6 Austauschformate, CAx-Werkzeugkette;322
9.7;6.7 Literaturverzeichnis;325
10;7 Methoden zur erfolgreichen Einführung von MRK;328
10.1;7.1 Technische Randbedingungen;328
10.1.1;7.1.1 CE-Zertifizierung;328
10.1.2;7.1.2 Risikobeurteilung;333
10.1.3;7.1.3 Sicherheitsfunktionen für die Mensch-Roboter-Kollaboration;333
10.1.4;7.1.4 Durchführung einer Kraftmessung;337
10.2;7.2 Planung einer MRK-Anwendung;340
10.2.1;7.2.1 Methodik von der Prozessanalyse zum Betriebsmittel;340
10.2.2;7.2.2 Dokumentation der Anforderungen;340
10.2.3;7.2.3 Morphologischer Kasten;341
10.2.4;7.2.4 Anforderungen;343
10.2.5;7.2.5 Beurteilung der Betriebsmittel;347
10.2.6;7.2.6 Bewertung der Ergonomie bei MRK-Anwendungen;349
10.3;7.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung;351
10.3.1;7.3.1 Einordnung von MRK im Kontext der Wirtschaftlichkeit von Produktionsanlagen;352
10.3.2;7.3.2 Wirtschaftliche Vorteile von MRK im Vergleich zu klassischen Formen der Automatisierung;354
10.3.3;7.3.3 Wirtschaftliche Vorteile von MRK entlang des Lebenszyklus von Roboteranlagen;355
10.3.4;7.3.4 Anwendungsbeispiele;357
10.3.5;7.3.5 Entlohnung;360
10.3.6;7.3.6 Ausblick;362
10.4;7.4 Menschzentrierte Einführungsstrategie;364
10.4.1;7.4.1 Bedürfnisse des Menschen und Widerstände gegenüber Veränderung;364
10.4.2;7.4.2 Durchführung von Veränderungsprozessen und Steigerung der Mitarbeiterakzeptanz für MRK-Lösungen;366
10.4.3;7.4.3 Akzeptanzfaktoren für die Einführung von MRK-Systemen;369
10.4.4;7.4.4 Best Practice;371
10.4.5;7.4.5 Zusammenfassung und Chancen für die Zukunft;375
11;8 Branchenspezifische Applikationen;378
11.1;8.1 MRK-Applikationen in der Automobilmontage;378
11.1.1;8.1.1 Darstellung der Anforderungen und Rahmenbedingungen;378
11.1.2;8.1.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungsansätze;381
11.1.3;8.1.3 Illustrierung von Beispielen;383
11.1.4;8.1.4 Zusammenfassung und Fazit;393
11.2;8.2 Flexible Automatisierung in der Elektronikmontage mithilfe von MRK-Systemen;394
11.2.1;8.2.1 Rahmenbedingungen und Herausforderungen in der Elektronikmontage;394
11.2.2;8.2.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungsansätze;396
11.2.3;8.2.3 Beispielhafte Anwendungen von MRK-Systemen in der Elektronikproduktion;397
11.3;8.3 Anwendungsbeispiel: Montage von Hydraulikventilen;403
11.3.1;8.3.1 Darstellung der Anforderungen und Rahmenbedingungen;403
11.3.2;8.3.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungsansätze;404
11.3.3;8.3.3 Illustrierung von Beispielen;408
11.4;8.4 Montage von Großgeräten;411
11.4.1;8.4.1 Darstellung der Anforderung und Rahmenbedingungen;411
11.4.2;8.4.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungsansätze;413
11.4.3;8.4.3 Illustrierung von Beispielen;413
11.4.4;8.4.4 Zusammenfassung;415
11.5;8.5 Anwendungsbeispiel: Intralogistik;416
11.5.1;8.5.1 Beweggründe für den MRK-Einsatz in der Intralogistik;416
11.5.2;8.5.2 Umsetzungsbeispiel zur Autonomisierung des Materialflusses im Hauptwertstrom;417
11.5.3;8.5.3 Umsetzungsbeispiel zur automatisierten Logistik von Verbrauchs- und Verbauteilen;418
11.5.4;8.5.4 Umsetzungsbeispiel zur Effizienzsteigerung der Kommissionierung;419
11.5.5;8.5.5 Zusammenfassung und Fazit;421
11.6;8.6 Anwendungsbeispiel: Robotergestützte Systeme in der Medizin;421
11.6.1;8.6.1 Normativer Rahmen;422
11.6.2;8.6.2 Einteilung medizinischer Robotersysteme;423
11.6.3;8.6.3 Umsetzungsbeispiele;424
11.6.4;8.6.4 Zusammenfassung und Fazit;427
11.7;8.7 Anwendungsbeispiel: Servicerobotik im Haushalt;429
11.7.1;8.7.1 Anforderungen und Rahmenbedingungen;429
11.7.2;8.7.2 Konzeptionelle branchenspezifische Lösungen;431
11.7.3;8.7.3 Umsetzungsbeispiele;433
11.7.4;8.7.4 Zusammenfassung und Fazit;434
11.8;8.8 Individuelle und aufgabenabhängige Unterstützung bei physisch beanspruchenden Tätigkeiten durch anziehbare Systeme;435
11.8.1;8.8.1 Einführung;435
11.8.2;8.8.2 Anforderungen und Rahmenbedingungen;437
11.8.3;8.8.3 Exemplarische Systemansätze;440
11.8.4;8.8.4 Entwicklungsvorgehen für körpergetragene physische Unterstützungssysteme;440
11.8.5;8.8.5 Potenziale;442
12;9 Entwicklungsrichtungen für aktuelle und zukünftige Anwendungen;446
12.1;9.1 Soft Robotics;446
12.1.1;9.1.1 Übersicht;446
12.1.2;9.1.2 Komponenten;447
12.1.3;9.1.3 Entwurfs- und Beschreibungsmethoden;452
12.1.4;9.1.4 Anwendungsgebiete;455
12.2;9.2 Software für die Roboterinteraktion mit dem LBR iiwa;460
12.2.1;9.2.1 Einführung;460
12.2.2;9.2.2 Eine Quelltext-offene Zustandsmaschine für die sichere MRK;460
12.2.3;9.2.3 OpenIGTLink-Schnittstelle;460
12.2.4;9.2.4 Medizinische Therapieplanung mit 3D-Slicer;461
12.2.5;9.2.5 Teleoperation mittels ROS-Schnittstelle und OpenIGTLink;464
12.2.6;9.2.6 Tablet-PC, Smartwatch und Mikro-PC-basierter Zustandswechsler am Endeffektor;464
12.2.7;9.2.7 Zusammenfassung und Ausblick;466
12.2.8;9.2.8 Literaturverzeichnis;467
13;Stichwortverzeichnis;468
