Sicherheitskonzept für die Pole-Position: Reinigungsroboter KIRA B 50 erfüllt alle neuen Normen

Der Markt für autonome Reinigungsroboter wächst rasant. Experten schätzen, dass bis 2025 fünfmal so viele Roboter im Einsatz sein werden wie heute. Kein Wunder – ist doch der Fachkräftemarkt leergefegt und der wirtschaftliche Druck in der Branche enorm. Mit vermehrter Nutzung von automatisiert arbeitenden Reinigungsmaschinen in immer mehr Bereichen des öffentlichen Lebens, sei es an Flughäfen, in Werkshallen, Krankenhäusern oder Supermärkten, steigen die Anforderungen an die Sicherheit. Die IEC hat folgerichtig im Juni 2021 die Standards überarbeitet und neue Normvorschriften erlassen. Kärcher, Innovationsführer in der Reinigungsgeräteherstellung, hat seinen autonomen Scheuersaugroboter KIRA B 50 zusammen mit SICK den Normen entsprechend entwickelt und ist damit am Markt der Reinigungsroboter in der Pole-Position.

Don´t do everything yourself: umfassende Unterstützung durch SICK

Im Entwicklungsprozess für die Automatisierung der Reinigungsmaschine war die Liste an Herausforderungen lang. Auf der Suche nach Unterstützung für das Personensicherheitskonzept wandte sich Kärcher an SICK – verbindet doch beide Unternehmen eine langjährige Partnerschaft in Sachen Hardware. In Abwandlung des Slogans „Don´t do it yourself!“ für KIRA B 50 könnte die passende Maxime für den SICK-Support lauten: „Don´t do everything yourself!“. Denn Kärcher konnte sich bei allen Fragen rund um Safety für Robotik auf das starke Expertennetzwerk von SICK verlassen. 

Andreas Rendler, Strategic Product Manager bei SICK, beschreibt den umfangreichen Anforderungskatalog: „Besonders wichtig war neben der Rundumabsicherung und der Realisierung einer Absturzsicherung die kompakte Bauweise der Sensorik. Außerdem sollte der Reinigungsroboter Gänge und enge Räume ebenso effizient meistern wie Kurvenfahrten, und er sollte Hindernisse sicher erkennen und umfahren. Die Erfüllung aller neuen Normen galt selbstverständlich als oberstes Leitprinzip.“

„KIRA” – Kärcher Intelligent Robotic Application

Damit KIRA B 50 ihrem Namen, dem Akronym aus „Kärcher Intelligent Robotic Application“, wirklich gerecht werden konnte, investierten Kärcher und SICK geballtes Know-how in die Planung, Konstruktion und Erprobung des Reinigungsroboters. Das Expertenteam von SICK unterstützte beratend bei der Realisierung des anspruchsvollen Sicherheitskonzepts. Das Ergebnis: Drei Sicherheitslaserscanner vom Typ nanoScan3 und die Sicherheitssteuerung Flexi Soft komplettieren die intelligente Roboterapplikation. Damit ist die Umfelderkennung des Reinigungsroboters nicht nur auf eine optimale Navigation ausgerichtet, sondern gewährleistet insbesondere auch die Sicherheit von Personen in der Umgebung.

Absturzgefahr gebannt, rundum abgesichert

„Zunächst war die Rundumabsicherung von KIRA B 50 eine zentrale Herausforderung, denn der Reinigungsroboter fährt sowohl vorwärts als auch rückwärts. Dafür haben wir mit der Platzierung von zwei nanoScan3 diagonal über Eck am Fahrzeug die optimale Lösung gefunden“, erläutert Alina Seitter, Produktmanagerin KIRA B 50 Alfred Kärcher SE & Co. KG. Dank des weiten Scanwinkels von 275° und ihrer großen Schutzfeldreichweite sorgen diese Laser horizontal für Rundumschutz zur Erfüllung der neuen Safety-Sicherheitsnorm IEC 63327.

Um die zentrale Forderung nach einer Absturzsicherung zu erfüllen, wurde ein dritter Sicherheitslaserscanner nanoScan3 eingesetzt. Denn in vielen öffentlichen Umgebungen, wie Supermärkten, Universitätsgebäuden oder Flughäfen stellen Rolltreppen, Treppenhäuser und Rampen ein Sicherheitsrisiko für autonom fahrende Roboter dar. Kärcher hat deshalb KIRA B 50 mit einem nanoScan3 als „Cliff-LiDAR“ für Absturzsicherung ausgestattet. Er ist an der Vorderseite der autonomen Reinigungsmaschine montiert und detektiert in einem schrägen Winkel den Boden vor sich. Sobald der nanoScan3 einen abrupten Höhenunterschied detektiert, geht ein Signal an die Sicherheitssteuerung Flexi Soft.

Die Weiterfahrt in Richtung der möglichen Absturzkante, beispielsweise einer Treppenstufe, wird gestoppt und die Navigationseinheit von Kärcher wählt eine alternative Route aus. Überdies kommt der optimalen Platzierung der Sensoren die kompakte Bauweise und die geringe Größe des nanoScan3 zugute. Als einer der kleinsten Sicherheitsscanner am Markt fügt er sich platzsparend und perfekt ins Maschinendesign von KIRA B 50 ein.

Produktivität und Effizienz, auch wenn es eng wird

Die Forderung nach Sicherheit sowohl in engen Gängen und Räumen als auch bei Kurvenfahrten erfüllen die speziellen Safety-Funktionen des Sicherheitssystems von SICK. Denn die Schutzfelder werden geschwindigkeits- und lenkwinkelabhängig ausgewählt. Dabei gilt: Je höher die Geschwindigkeit, desto größer müssen die Scanfelder sein, damit der sichere Stopp noch vor einem Hindernis möglich ist. Gleichzeitig sollen die Sicherheitsfelder so klein wie möglich sein, um unnötige Geschwindigkeitsreduzierungen und Stopps zu verhindern. Dieser Problematik begegnet das Sicherheitssystem von SICK mit der Funktion der lenkwinkelabhängigen Schaltung der bis zu 128 Schutzfelder des nanoScan3. Das erhöht zum einen die Produktivität des Reinigungsroboters in engen Gassen und Räumen. Zum anderen ermöglicht die dynamische Schutzfeldvergrößerung auf großen Freiflächen hohe Geschwindigkeiten und damit eine größere Effizienz.

Alina Seitter unterstreicht die Wichtigkeit der Safety-Funktionalitäten: „Für Kärcher hat Sicherheit oberste Priorität und wir können uns auf dieses Safety-Konzept beim autonomen Einsatz unserer Reinigungsmaschine, wenn niemand vor Ort ist, der eingreifen könnte, einfach zu hundert Prozent verlassen.“ Die dafür notwendige Zertifizierung mit Performance Level d hat SICK bei Kärcher beratend begleitet. Vom Gesamtergebnis dieser partnerschaftlichen Entwicklung zeigt sich Alina Seitter überzeugt: „KIRA ist in enger Zusammenarbeit mit SICK entstanden. In der Robotik sind zuverlässige und intelligente Sensoren enorm wichtig und wir haben mit SICK dafür einen besonders erfahrenen Anbieter gefunden.“

Ohne Umwege zum gewünschten Ergebnis

Als einer der wenigen Hersteller, der komplette Sicherheitssysteme anbieten kann, hat SICK KIRA B 50 mit genau der Sensorik ausgestattet, die der Reinigungsroboter für eine zuverlässige und sichere Betriebsweise benötigt. Vom Sicherheitslaserscanner, über die Sicherheitssteuerung bis zum Sicherheits-Encoder bekam Kärcher so alles aus einer Hand. Fachkundige und vertrauensvolle Begleitung bei der Zertifizierung inklusive. „Das maßgeschneiderte Safety-Konzept von KIRA B 50 ist das Ergebnis einer kontinuierlichen und engen Abstimmung mit Kärcher. Andreas Rendler fasst es im Rückblick so zusammen: „Wir haben uns sehr darüber gefreut, dass Kärcher uns ganz früh im Entwicklungsprozess um Unterstützung gebeten hat. So konnten wir mit unserer Expertise und unserem Know-how dem Kunden helfen, das angestrebte Sicherheitskonzept schneller und ohne Umwege zu erreichen“.

Kärcher will mit den Innovationen rund um seinen sicherheitszertifizierten autonomen Reinigungsroboter der Branche Lösungen an die Hand geben, produktiver und wirtschaftlicher zu sein und dem Problem des Personalmangels effektiv begegnen zu können. Der Marktführer sieht sich mit KIRA B 50 aber erst am Anfang, wie Alina Seitter betont: „Wir planen eine ganze Flotte von autonomen Reinigungsmaschinen und da die Sensoren und die Sicherheitssteuerung von SICK ein elementarer Bestandteil unseres KIRA-Sensorkonzepts sind, werden diese sicher auch in weiteren Baureihen zum Einsatz kommen.“

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