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Mensch-Roboter-Kollaboration

Wie sich kollaborierende Roboter und Arbeitersicherheit vereinen lassen

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Die vier Typen kollaborierender Abläufe

  • Sicherheitsrelevanter, überwachter Halt: Dies ist die gängigste Methode, die bereits seit vielen Jahren in industriellen Abläufen eingesetzt wird. Sensoren im Sicherheitssteuerungssystem erkennen die Anwesenheit von Personen und stoppen den Roboter sofort, wenn ein Mensch dem Roboter zu nahe kommt. Dieses Verfahren wird in der Regel verwendet, wenn Menschen und Roboter eng oder mit überlappenden Arbeitsbereichen zusammenarbeiten. Beispielsweise kann ein Arbeiter Teile direkt auf den Endeffektor eines Roboters laden, während dieser einen sicheren Stopp ausführt. So kann die Produktivität gesteigert werden, weil die Maschine unabhängig vom Roboter weiterlaufen kann.
  • Handgeführter Betrieb: Bei dieser weniger gängigen Methode können Bediener den Roboter für seine nächste Aufgabe manuell steuern oder neu positionieren. In diesem Fall kommt der Bediener direkt mit dem Roboterarm in Kontakt und kann diesen mithilfe der Handsteuerelemente neu positionieren. Dieses Verfahren ist in der Regel für Aufgaben, die hohe Geschwindigkeiten erfordern, ungeeignet.
  • Geschwindigkeits- und Separationsüberwachung: Bei diesem Verfahren können Bediener und Roboter im gleichen Bereich arbeiten, während zwischen ihnen ein ausreichender Abstand eingehalten wird. Wenn ein Mensch dem Roboter zu nahe kommt, lösen Sensoren die Verlangsamung der Geschwindigkeit oder einen Stopp des Roboters aus. Dank neuer Sicherheitssensor-Technologien wird diese Anwendung in industriellen Abläufen am häufigsten eingesetzt.
  • Leistungs- und Kraftbegrenzung: Bei dieser Methode reduziert ein Roboter seine Kraft oder sein Drehmoment, wenn er mit einem Menschen in Kontakt kommt. Dadurch wird eine Verletzung des Menschen verhindert. Dies ist eine aufkommende Methode, die noch nicht oft implementiert wurde. Der Roboter muss tatsächlich mit dem Menschen in Kontakt kommen, bevor er weiß, dass er stoppen muss. Die Implementierung dieser Methode erfordert ein umfassendes Verständnis der Beziehung zwischen verschiedenen Ebenen von Kraft- und Schmerzschwellenwerten an unterschiedlichen Stellen des menschlichen Körpers.

Schmerztoleranzen feststellen

Derzeit finden Studien zur Erforschung und Realisierung dieser Methode statt. Beispielsweise sind in der Norm ISO/TS 15066 Erkenntnisse aus einer Studie zur Schmerztoleranz aufgeführt. Hierzu gehört auch eine Liste der maximalen Kraft- und Druckpegel für die verschiedenen Körperteile des Menschen, um die Grenzwerte für Leistung und Kraft besser bestimmen zu können. Die Norm bietet Leitlinien zur Ausführung einer Risikobeurteilung für die einzelnen Körperteile eines Menschen, die mit einem Roboter in Kontakt kommen könnten.

Die meisten dieser Methoden sollen verhindern, dass Menschen physisch mit Robotern und Maschinen in Berührung kommen. Dennoch ist es weiterhin wichtig, beim Entwickeln kollaborierender Robotik-Anwendungen dem Lebenszyklus für funktionale Sicherheit zu folgen. Der Lebenszyklus, wie er durch ISO 12100 und ANSI B11:0 definiert ist, sieht die Ausführung einer Risikobeurteilung als ersten Schritt vor. Danach folgt die Definition funktionaler Spezifikationen mithilfe der richtigen Schutzvorrichtungen und schließlich muss das System durch Tests verifiziert und validiert werden. Die Einhaltung des Sicherheitslebenszyklus spielt eine entscheidende Rolle, wenn Menschen und Maschinen eng zusammenarbeiten.

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