Roboterunterstützte Forschung

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Spektakuläre Neuerung

Jean-Louis Grenard, damals Projektleiter für die Erneuerung der Isolde-Roboterzellen, koordinierte diese beachtliche Arbeit, die nahezu vier Jahre in Anspruch nahm. Auf die einjährige Risikoanalyse folgten die achtmonatige Ausschreibungsphase, die einjährige Testphase an einem 1:1-Modell und die zehnmonatige Installationsphase im tatsächlichen Umfeld. 150 Arbeitskräfte waren auf der Baustelle im Einsatz, 10 Tonnen Material wurden verbaut und 1 km Kabel verlegt. Ausserdem war der Bereich drei Monate lang nicht zugänglich, da ein allmähliches Abnehmen der Radioaktivität abgewartet werden musste, bevor man den Bereich betreten und mit dem Abtragen der vorherigen Installation beginnen konnte.

Da das Cern unabhängig bleiben und die Kontrolle über die Ausstattung behalten wollte, führte das Team um Jean-Louis Grenard das Projekt von der Spezifikation bis zur eigentlichen Integration des neuen Systems zur Manipulation der Targets in ihrer Umgebung durch, ohne einen Spezialisten für Roboter-Integration heranzuziehen.

In der Vorstudienphase wurden drei verschiedene Lösungen evaluiert. Die erste wurde schnell verworfen. Sie bestand darin, einen speziell für diese Anwendung konstruierten Manipulationsarm zu nutzen. Die Lösung erforderte spezielle Komponenten für Bau und Instandhaltung. Sie wäre daher mit einer Abhängigkeit von mehreren Spezialmaschinenherstellern verbunden gewesen. Die zweite Lösung sah den Einsatz eines Industrieroboters vor, der auf ein fahrerloses Transportsystem (FTS) montiert war. Da bei dieser Lösung viel Elektronik integriert werden musste, wurde sie in dem radioaktiven Umfeld ausgeschlossen. Schliesslich entschied man sich für die dritte Lösung: einen an Hängeschienen montierten, modifizierten Standard-Industrieroboter.

Auswahlkriterien zielen auf eine sichere Einrichtung ab

Mehrere Roboterhersteller wurden konsultiert. Aus verschiedenen Gründen entschied man sich für die von KUKA präsentierte Lösung. «Vor allem aus technologischen Gründen, denn KUKA war unter den an der Ausschreibung teilnehmenden Herstellern der einzige, der eine Robotermechanik ohne integrierte elektronische Schaltung anbot: Die Position wird mit Resolvern gemessen anstatt mit optischen Encodern und die einzige Platine am Roboterfuss konnte an eine andere Stelle verlegt werden. Ausserdem trägt die Safe-Technologie von KUKA ohne zusätzliche Sensoren zur Sicherheit bei. Die siebte Achse, das heisst, die an der Decke montierte Schiene, ist ebenfalls eine Eigenanfertigung von KUKA. Somit hat man einen einzigen Lieferanten mit einer Komplettlösung, so dass alles zusammen funktioniert», erklärt Jean-Louis Grenard.

Zwei KUKA-Roboter vom Typ KR 60L45-3 CF haben daher seit Jahresbeginn 2014 bei Isolde ihren Platz gefunden. Diese Spezialroboter sind «Giessereiroboter». Denn Radioaktivität wirkt sich genauso aus wie die hohen Temperaturen in einer Giesserei. Daher war ein Roboter erforderlich, der Belastungen dieser Art standhalten kann. Die «Safe-Option» des Roboters war unerlässlich, denn in einem radioaktiven Umfeld herrschen strenge Sicherheitsmassnahmen. Diese Option gestattet das Prüfen der Roboterkalibrierung, den Umgang mit virtuellen Volumen zur Vermeidung von Kollisionen und vor allem eine Kontrolle des Zutritts von Personen zu dem Bereich entsprechend den jeweiligen Genehmigungen. ProfiSafe erlaubt ausserdem einen gesicherten Dialog mit verschiedenen Schnittstellen. Bei der vorherigen Installation war dies nicht möglich.

Komplizierter Einbau

Die Verlagerung der Roboter vom Boden an die Decke erleichtert die Wartung des Bereichs enorm. Der Einbau war jedoch sehr kompliziert, da das an der Decke befestigte Gesamtgewicht bei 10 Tonnen liegt und die Roboter regelrechte Verrenkungen machen müssen, um Hindernissen an der Decke auszuweichen, die nicht verlegt werden konnten. Den Robotern dürfen absolut keine Fehler unterlaufen. Sie müssen ihre Targets haargenau in horizontaler Position halten und dürfen sie nie fallen lassen. Das ist das Hauptziel, denn die Target-Materialien dürfen nicht freigesetzt werden.

«Die Unterstützung des Projektvorbereitungsteams von KUKA und die Simulations-Software KUKA.Sim waren für das ganze Isolde-Team im Vorfeld bei der Validierung der Machbarkeit des Projekts eine grosse Hilfe. Natürlich nahmen wir an allen angebotenen Schulungen des KUKA College teil, um für alle Eventualitäten gerüstet zu sein», setzt Jean-Louis Grenard fort. «Die eigentliche Schwierigkeit des Projekts bestand letztlich darin, unsere Bedürfnisse mit den bestehenden Gebäuden in Einklang zu bringen. Dadurch ergaben sich viele Sachzwänge, insbesondere in der Logistik (wenig Raum und viele Hindernisse), sowie eine starke Rotation bei den Mitarbeitern, um eine zu hohe Strahlenbelastung zu vermeiden. Aber das hat uns nicht davon abgehalten, einen dritten Roboter in Betracht zu ziehen! Er wird bereits an unserem 1:1-Modell getestet. 2015 wird er definitiv installiert, und zwar in einer ganz neuen Experimentierzone. Dieses Mal für medizinische Forschung im Bereich der Behandlung von Krebserkrankungen.»

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