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_Projekt des Monats Zur Absicherung der Mensch-Roboter- Kollaboration kommen auch optische Sensoren zur Umgebungsüberwachung zum Einsatz. Vor dem Start der Produktion ist eine Sicherheitsabnahme notwendig – das geht virtuell schneller und einfacher. Bild: Fraunhofer IWU Um virtuelle Sicherheitsabnahmen zu ermöglichen, entwickeln die Forscher der interdisziplinären Abteilung für Cyber-physische Produktionssysteme des Fraunhofer IWU für die virtuelle Inbetriebnahme ein Modell des Cobots mit besonderer Detailtiefe. Zudem implementieren sie zusätzliche Algorithmen, um das Bewegungsverhalten realitätsnäher abzubilden. Virtuelle Inbetriebnahme und digitaler Zwilling Mit der virtuellen Inbetriebnahme VIBN kann die Steuerung realer Produktionssysteme an einem digitalen Zwilling in Betrieb genommen werden. Der digitale Zwilling für eine VIBN umfasst ein Modell aller Maschinenkomponenten samt Motoren und Sensoren. Diese werden dreidimensional visualisiert und bewegliche Komponenten werden mit Gelenken versehen. So entsteht aus dem starren CAD-Modell beispielsweise ein seriell beweglicher Roboter. Voraussetzung für eine VIBN ist die Berechnung des Simulationsmodells in deterministischer Steuerungsechtzeit, also mit einer Antwortzeit von bis zu 1 ms. Reale Steuerungen können für eine „Hardware-in-the-Loop Simulation“ (HiLS) über gängige Feldbusse an den Computer angeschlossen werden, auf dem der digitale Zwilling läuft. Das wie üblich geplante Steuerungsprojekt des Roboters wird auf der Steuerungshardware gestartet, die dann anstelle der realen Motoren mit den virtuellen im Simulationsmodell kommuniziert. Der Cobot auf dem Computerbildschirm bewegt sich ohne Verzögerung auf Anweisung der realen Steuerung. Für die Prüfung der Steuerungsfunktionalitäten bilden aktuelle VIBN-Modelle die Realität ausreichend genau ab. Für eine Sicherheitsprüfung ist jedoch auch das detaillierte Bewegungsverhalten des Cobots entscheidend, da dies maßgeblich das Überschwingen nach einem Nothalt bedingt. ↓ Neben den Motorreglern wird dazu im Modell auch eine Vielzahl von mechanischen und dynamischen Einflussfaktoren berücksichtigt. Dadurch bewegt sich der digitale Zwilling des Cobots nicht nur ohne Verzögerung auf Anweisung der realen Steuerung, sondern auch mit für die Sicherheitsbewertung ausreichender Genauigkeit. Während der Simulation dokumentieren virtuelle Sensoren, beispielsweise am Roboterflansch oder an der Werkzeugspitze, präzise die ausgeführte Bewegung des virtuellen Cobots. Daraus lassen sich Position, Geschwindigkeit, Beschleunigungen und auch Nachlaufwege errechnen. Eine reale Vermessung des Nachlaufweges soll somit zukünftig nicht mehr notwendig sein. Anhand des digitalen Cobot-Zwillings von Fraunhofer IWU und Coboworx sollen Cobot-Applikationen künftig schon in der Planungsphase oder parallel zum laufenden Betrieb geprüft werden können. Aufwendige Messungen und teure Stillstandzeiten können so minimiert werden. Es eröffnet sich ein schneller und wirtschaftlicher Weg zu sicheren Cobot-Arbeitsplätzen. ↓ Fraunhofer IWU www.iwu.fraunhofer.de www.kognitive-produktion.de Coboworx GmbH https://coboworx.com Zu den Autoren • Philip Jerke, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Fraunhofer IWU • Christer Schenke, Gruppenleiter Modellbasierte Entwicklung selbstoptimierender Produktionssysteme, Fraunhofer IWU • Olaf Gehrels, Geschäftsführer, Coboworx GmbH 42 November 2021
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