Was machen die Roboter von MiR so sicher?

Vollkommen sicher zu sein ist das Hauptmerkmal für kollaborative und autonome mobile Roboter (AMRs), die in dynamischen Umgebungen laufen und mit Menschen zusammenarbeiten. Angesichts der steigenden Nachfrage nach AMRs in allen Branchen ist es wichtig, ein System zu liefern, das ein sicheres Betreiben bietet.

Bei der Erörterung der Sicherheit ist es wichtig, zwischen den Merkmalen der Roboter zu unterscheiden. Sie ermöglichen eine autonome Navigation im täglichen Betrieb und in den Sicherheitsfunktionen, die in die Roboter integriert sind. Diese Funtionen arbeiten, auch wenn ihr Primärsystem ausfällt. AMR-Merkmale: Die sensorischen Eingänge der MiR-Roboter gewährleisten eine sichere Navigation.

Für den täglichen Betrieb wird das sichere Fahrmuster der MiR-AMRs durch ein Multi-Sensor-Sicherheitssystem gewährleistet, das Daten in einen ausgeklügelten Planungsalgorithmus einspeist, der den Roboter leitet, wohin er fährt, und der entscheidet, ob der Roboter seine Bahn anpassen oder einen sicheren und sofortigen Stopp vornehmen soll, um Kollisionen zu vermeiden.

Der fortschrittlichste Dual-Laserscanner-Ansatz zur Navigation und Live-Erkennung von Hindernissen. Alle MiR-Roboter verfügen über zwei Laserscanner, die an der vorderen und hinteren Ecke des Roboters angebracht sind, um ein 360-Grad-Sichtfeld (FoV) zu geben. Dieser Dual-Laser-Ansatz ermöglicht es dem Roboter, sicher zurückzufahren, wenn er auf ein Hindernis trifft, das er nicht umfahren kann, oder Personen zu erkennen, die sich von hinten oder von der Seite nähern, und bei Bedarf anzuhalten oder seinen Fahrweg anzupassen.

Als erster AMR-Hersteller setzt MiR die neueste und fortschrittlichste Laserscan-Technologie, den SICK microScan 3, ein. Diese ISO 13849-zertifizierten Laserscanner, die die Sicherheitsnorm Kategorie 3, Performance Level d, erfüllen, haben eine deutlich bessere Leistung als alle anderen Laserscanner am Markt.

Mit dem SICK microScan 3 sind die Roboter immun gegen Sonnenlicht und Staub, die normalerweise ernsthafte Behinderungen für die Roboter bei der Navigation darstellen, und die Präzision dieser Laserscanner ist zehnmal besser als bei anderen Laserscannertypen.

Zwei 3D-Kameras für mehr Sicherheit
Die Laserscanner sind der Hauptbestandteil des umfassenden Sicherheits- und Navigationssystems der MiR-Roboter, aber auch viele andere Funktionen sind Teil des sicheren und reibungslosen täglichen Betriebs der mobilen Roboter von MiR.

Zusätzliche Navigationshilfe bieten zwei 3D-Kameras, die an der Vorderseite des Roboters montiert sind. Hindernisse bis 1.700 mm Höhe werden erkannt Zusätzlich verfügt der MiR Roboter über einen horizontalen Blickwinkel von 120°. Die Kameras sehen dabei Hindernisse, die sich unter oder über dem Sichtfeld des Sicherheits-Laserscanners befinden. So können die Roboter beispielsweise um Tische fahren, die außerhalb des Sichtfeldes des ersten Laserscanners sind. Auch andere Hindernisse, wie an der Wand montierte Schränke oder Regale werden erkannt.

Näherungssensor zur Blech und Stapelerkennung
Als einziger AMR im Markt verfügen die MiR 500 und Mir1000 Cobots über 24 Näherungssensoren, die an den Enden des Roboters angebracht sind und auf den Boden ausgerichtet sind. Sie detektieren Füße und Paletten, unterhalb des Sichtbereiches des Laserscanners. Wenn ein AMR fährt, können diese rechtzeitig Hindernisse vor dem Cobot mit der Kamera erkennen.
Sobald ein Stillstand, Fortfahren und Drehen ansteht, kann nur der Laserscanner die Hindernisse nicht erkennen, die sich in unmittelbarer Nähe und in Bodennähe unterhalb 20 cm befinden, beispielsweise Füße, leere Paletten. Dies kann zu gefährlichen Situation führen.

Mit den Näherungssensoren der MiR Roboter kann in diesen Situationen verbesserte Sicherheit gegeben werden, die andere AMRs nicht abdecken. Dies ist umso wichtiger bei Schwerlast Aufgaben, die großen Schaden anrichten können, falls der Cobot über Füße fährt.

Zusätzlicher sensorischer Input und eine Software für erhöhte Sicherheit
Zu den zusätzlichen Sensoren in den MiR-Robotern gehören Beschleunigungsmesser und Gyroskop zur Erfassung der Trägheitskraft, Beschleunigung und Drehung sowie Encoder an jedem Rad zur Geschwindigkeitsmessung für eine genaue Rückmeldung an die Laserscanner, um zu erkennen, ob der Roboter z.B. auf nassen Böden rutscht.

Die Schutzzonen des Roboters sind von der Fahrgeschwindigkeit des Roboters abhängig. Dadurch kann der Roboter sicher und langsam sehr nahe an Hindernisse heranfahren und er stoppt automatisch, wenn sich eine Person oder ein Hindernis bis auf wenige Zentimeter nähert. Schliesslich ist der Roboter einfach zu programmieren. Auf der Karte des Roboters können verbotene Zonen einfach über einen PC, ein Smartphone oder ein Tablet markiert werden. Andere Anweisungen, wie die Definition bevorzugter Bahnen oder die Reduzierung der Geschwindigkeit des Roboters in stark frequentierten Bereichen, sind ebenfalls einfach zu programmieren.

Alle MiR-Roboter verfügen über einen unverwechselbaren Lichtbalken auf allen Seiten, der den Personen seinen Status farbig anzeigt, und akustische Hinweise – einschließlich akustischen Meldungen geben, z.B. Hupen oder andere gewünschte Signale.

Die Karte des Roboters lässt sich einfach durch verschiedene Zonen aktualisieren, die mit unterschiedlichen Farben erkennbar sind. Auf dieser Karte sehen Sie:
Die rote Zone = verbotene Zone
Die grüne Zone = bevorzugte Zone
Die gelbe Zone = Zone, in der der Roboter Geräusche sendet

Funktionale Sicherheit erhöht die Zuverlässigkeit von MiRs Sicherheitssystemen
Autonome mobile Roboter tragen Lasten in Umgebungen von Kollegen ohne externe Sicherheitsmaßnahmen. Einige AMRs sind klein und tragen kleine Lasten, aber es gibt zunehmend Schwerlast-AMRs, die Paletten oder große Lasten von bis zu +1.000 kg (2.200 lbs) tragen. Besonders diese Art von AMR können Schaden anrichten, wenn das übliche Sicherheitssystem versagt. Ein Beispiel für eine potenziell gefährliche Situation könnte ein Kurzschluss der Motorsteuerung sein.

Wenn es keine zusätzlichen Sicherheits-funktionen gibt, würde der AMR z.B. mit voller Geschwindigkeit laufen, ohne die Möglichkeit zum Anhalten zu haben, und dies könnte am Ende großen Schaden anrichten. Dies ist nur ein Beispiel dafür, warum AMRs funktionale Sicherheit auf der Grundlage von Sicherheitsnormen bieten müssen, um potenziellen Risiken zu begegnen, die nicht durch inhärent sichere Konstruktionsmaßnahmen, wie z.B. die sensorischen Eingänge, angegangen werden.

Für AMR-Sicherheitssysteme erforderliches Leistungsniveau. Alle Sicherheitssysteme werden unter der Prämisse entworfen, dass jedes System die Möglichkeit eines Ausfalls hat.

Gemäß der am besten anwendbaren Sicherheitsnorm für AMRs, EN 1525, sollten die Sicherheitsfunktionen von AMRs gemäß Performance Level d - Kategorie 3 der EN ISO 13849 ausgelegt werden, die zur Bewertung von sicherheitsbezogenen Steuerungssystemen vorgesehen ist. Der erforderliche Leistungsgrad wird im Rahmen einer Risikobewertung festgelegt, bei der gefährliche Situationen in fünf Leistungsgrade von PL "a" (niedrig) bis PL "e" (hoch) klassifiziert werden.

Je höher das Risiko, desto höher die erforderliche Zuverlässigkeit des Sicherheitssystems. Wenn ein Sicherheitssystem einen PLd hat, bedeutet dies, dass die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls des Systems > 10-7 bis > 10-6 Mal pro Stunde beträgt - was weniger als einmal in 20 Jahren entspricht. Die Kategorie bezieht sich auf die Art der Schaltungsarchitektur, die verwendet wird, um ein Leistungsniveau zu erreichen. Kategorie 3 bedeutet, dass es sich um eine mehrkanalige Struktur handelt, die immer Einzelfehler erkennen kann.

Der Risikograph wird verwendet, um den erforderlichen Performance Level (PLr) für die beschriebene Sicherheitsfunktion zu bestimmen. Da ein AMR einer Person ernsthaften Schaden zufügen kann, wenn das System ausfällt, ist der PLd für die meisten Sicherheitsfunktionen erforderlich.

Die MiR-Roboter entsprechen EN 1525 und das amerikanische Pendant, die ANSI/ITSDF-Norm B56.5-2012, sind für zukünftige Normen wie ISO/FDIS 3691-4, ISO/FDIS 10218, RIA 15:08 und UL 3100 ausgelegt und haben alle relevanten Sicherheitsfunktionen implementiert, um sicherzustellen, dass die Roboter auch dann sicher reagieren, wenn die primären Sicherheitsfunktionen ausfallen sollten. Die Sicherheitsfunktionen der MiR-Roboter werden mit einem Sistema-Bericht dokumentiert, der auf Wunsch von MiR zur Verfügung gestellt werden kann.

Die vier Funktionen Not-Aus, Feldschaltung, Personenerkennung und zu hohe Geschwindigkeit sind für AMR-Roboter obligatorisch und in allen MiR-Robotern integriert.

Diese Funktionen stellen sicher, dass die Roboter im Falle dieses Fehlers anhalten, indem ein Notstop die Stromzufuhr zum Antrieb unterbricht.
Die fünf Sicherheitsfunktionen Feldstummschaltung, sicherheitsbeschränkte Geschwindigkeit, sicher bewachter Stop, Weiterfahren und System-E-Stopp sind mit den Gefahren im Zusammenhang mit Last und Kapazität verbunden, weshalb sie in MiR500 und MiR1000 integriert sind. Diese Funktionen werden von den Robotern auch aktiv im täglichen Betrieb genutzt. So wird z.B. beim Andocken der Roboter an ein Palettenregal das Feld-Muting zur Stummschaltung bzw. Reduzierung des Schutzfeldes eingesetzt; denn normalerweise ist der Schutzbereich für die Schwerlastroboter recht groß, damit er um Personen herum sicher bleibt, und beim Einfahren in die Regale muss dieser.deutlich kleiner sein. Sobald die Roboter aus den Fächern herausfahren, werden die Schutzfelder wieder aktiviert. Auf die gleiche Weise werden das sichere, bewachte Anhalten und die Fortbewegung in Be- und Entladesituationen eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Roboter während des Be- und Entladens nicht fahren können. Wenn diese Funktionen beendet sind, werden sie deaktiviert, und der Roboter kann fortfahren.

Sicherheit immer berücksichtigen
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Sie die interne Sicherheit nicht gefährden, wenn Sie in AMRs investieren. AMRs müssen so eingesetzt werden, dass sie immer sicher sind, weil sie mit Ihren Mitarbeitern zusammenarbeiten. Wenn Sie in ein AMR-System investieren, müssen Sie daher überlegen, wie sich das AMR-System verhalten soll, wenn - im schlimmsten Fall - die Sicherheitseinrichtungen versagen.
Mit den fortschrittlichen Multisensor-Sicherheitssystemen und der funktionalen Sicherheit, die in die MiR-Roboter integriert sind, gehören diese AMR zu den sichersten AMRs auf dem Markt. Die MiR-Roboter erfüllen nicht nur die aktuellen und zukünftigen Sicherheitsstandards, sondern sie sind auch Ihre Lösung für eine sichere Arbeitsumgebung, in der AMR-Roboter und Menschen zusammenarbeiten.