Protective Stop

Auch genannt: safeguard stop
Kategorie: Control › Human in the loop
Schlagwörter: safety, industrial-robots, collaborative-robots, risk-assessment, robot-controllers

Ein Halt, der automatisch vom Sicherheitssystem oder den Schutzeinrichtungen eines Roboters ausgelöst wird, wenn eine überwachte Grenze oder Bedingung verletzt wird, im Gegensatz zu einem Not-Halt, den ein Mensch betätigt.

Definition

Ein Schutzhalt (protective stop) ist ein Anhalten der Roboterbewegung, das das Sicherheitssystem als Reaktion auf ein Schutzereignis auslöst. Auslöser kann ein Lichtvorhang oder Flächenscanner sein, der eine Person in einem Gefahrenbereich erkennt, eine sich öffnende Türverriegelung oder eine sicherheitsgerichtete Überwachungsfunktion, die feststellt, dass ein Gelenkmoment, eine Kontaktkraft, eine Geschwindigkeit, eine Position oder eine Werkzeugorientierung ihren konfigurierten Grenzwert überschritten hat. Sicherheitsnormen für Industrieroboter wie ISO 10218 verlangen diese Art von Halt als eine der grundlegenden Sicherheitsfunktionen, neben dem Not-Halt.

Die Abgrenzung zum Not-Halt (emergency stop) ist wichtig. Ein Not-Halt ist eine manuelle Handlung, ein Mensch, der auf einen roten Pilztaster schlägt, gedacht für Situationen, die niemand vorhergesehen hat. Ein Schutzhalt erfolgt automatisch und ist Teil der geplanten Schutzmaßnahmen der Zelle. Normen zur Maschinensicherheit definieren außerdem Stoppkategorien, die vom sofortigen Abschalten der Energie zu den Antrieben über ein gesteuertes Abbremsen mit anschließender Energietrennung bis zu einem gesteuerten Stopp reichen, bei dem die Energie erhalten bleibt und der Stillstand überwacht wird. Welche Kategorie ein Schutzhalt verwendet, ist eine Entwurfsentscheidung, die in der Risikobeurteilung getroffen wird: Ein Anhalten entlang der geplanten Bahn mit anliegender Energie verhindert, dass der Arm absackt oder wegdriftet, während das Trennen der Energie eine stärkere Garantie gibt, dass er sich nicht bewegen kann.

Nach einem Schutzhalt braucht der Roboter meist ein ausdrückliches Zurücksetzen oder Quittieren, bevor er weiterläuft, und die Steuerung kann verlangen, dass das Programm neu gestartet oder der Roboter freigefahren wird. Bei kollaborativen Armen sind Schutzhalte, die durch Kraft- oder Kollisionsgrenzen ausgelöst werden, ein normaler Teil des Betriebs und kein Fehler. Ein Schutzhalt unterscheidet sich von einem Sicherheitsfilter (safety filter) auf dieser Website: Ein Sicherheitsfilter verändert Befehle fortlaufend, um innerhalb einer sicheren Menge zu bleiben, während ein Schutzhalt eine diskrete Reaktion des Sicherheitssystems des Roboters ist, nachdem eine Grenze bereits überschritten wurde.

Warum es wichtig ist

Schutzhalte sind der Weg, auf dem eine Roboterzelle Sensorereignisse und Grenzwertverletzungen in ein garantiertes Anhalten umsetzt. Ingenieure müssen wissen, was sie auslöst und wie die Wiederaufnahme funktioniert, denn häufige ungeplante Halte sind eine verbreitete Ursache für Stillstandszeiten, und das Anpassen von Grenzwerten, um sie zu vermeiden, darf den Schutz, den sie bieten, niemals schwächen.

Wichtige Anwendungen

Anhalten eines Roboters, wenn ein Lichtvorhang, Scanner oder eine Türverriegelung auslöst
Reaktionen auf Kollisionen und Kraftgrenzen bei kollaborativen Armen
Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung, wenn sich Menschen einer Zelle nähern
Durchsetzen von Gelenk-, Arbeitsraum- und Werkzeugorientierungsgrenzen
Sichere Wiederanlauflogik in Forschungsaufbauten, die Roboter nahe an ihre Grenzen bringen

In der Praxis

Ein Forschungsteam lässt einen Industriearm gegen Menschen Tischtennis spielen. Schnelle Schläge bringen ein Gelenk manchmal nahe an seine konfigurierte Momenten- oder Geschwindigkeitsgrenze, und die Sicherheitssteuerung löst dann einen Schutzhalt aus. Die Software des Teams beobachtet den Zustand der Steuerung; tritt ein Halt mitten in einem Ballwechsel auf, protokolliert sie das Ereignis, markiert den Punkt als ungültig, damit er wiederholt wird, wartet, bis der Halt quittiert ist, und fährt den Arm langsam in eine Bereitschaftspose zurück. Mit der Zeit verringert das Team die Zahl der Halte, indem es die befohlenen Beschleunigungen nahe den Grenzen glättet, statt die Sicherheitsschwellen anzuheben.

Häufige Missverständnisse

Ein Schutzhalt ist dasselbe wie ein Not-Halt — ein Not-Halt wird bei unvorhergesehenen Gefährdungen manuell ausgelöst, während ein Schutzhalt automatisch durch Schutzeinrichtungen ausgelöst wird
Ein Schutzhalt bedeutet, dass der Roboter defekt ist — bei kollaborativen Armen ist er eine erwartete Reaktion auf eine überschrittene Grenze und wird nach Prüfung der Ursache quittiert
Jeder Schutzhalt schaltet die Motorenergie ab — Normen erlauben verschiedene Stoppkategorien, und einige halten die Energie aufrecht, während sie den Stillstand überwachen
Grenzen anzuheben ist die richtige Lösung bei häufigen Halten — die Ursache liegt meist in der Bewegung, den Nutzlasteinstellungen oder dem Zellenlayout, die behoben werden sollten, ohne den Schutz zu schwächen

Wer das wissen sollte

Integratoren von Roboterzellen und Sicherheitsingenieure
Ingenieure, die kollaborative und Industriearme programmieren
Forschende, die schnelle oder kontaktreiche Experimente an realen Robotern durchführen

Open Source Robotics