Kooperation von Mensch und Maschine, Bild: Sick
Kooperation: Eine Interaktion, bei der sich Mensch und Maschine einen gemeinsamen Arbeitsraum teilen, aber zu unterschiedlichen Zeitpunkten darin arbeiten, erfüllt die Bedingungen einer Kooperation. Eine solche Arbeitssituation ist etwa in einer Übergabestation für einen Montage-roboter gegeben. Bild: Sick

Normative Grundlage für die funktionale Sicherheit von MRK-Anwendungen sind zum einen generelle Normen wie die IEC 61508, die IEC 62061 und die ISO 13849-1/-2. Darüber hinaus sind die ISO 10218-1/-2 zur Sicherheit von Industrierobotern und speziell die ISO TS 15066 über Roboter für den Kollaborationsbetrieb zu berücksichtigen.

Entwickler und Integratoren von Robotersystemen müssen die vom Roboterbauer vorgenommenen konstruktiven Schutzmaßnahmen nicht nur sorgfältig auf ihre Normenkonformität und Funktionalitäten überprüfen, sondern auch eventuell verbleibende Gefährdungen und Risiken berücksichtigen.

Hierzu gilt es, für das Robotersystem, seine Bewegungsabläufe und seinen geplanten Kollaborationsraum eine Risikobeurteilung nach EN ISO 12100 durchzuführen, um daraus die entsprechenden Sicherheitsmaßnahmen abzuleiten wie die Umsetzung geeigneter Kollaborationsarten gemäß ISO/TS 15066.

Sicherheitsgerichtete Betriebsarten

Koexistenz Mensch und Roboter, Bild: Sick
Koexistenz: Eine Arbeitssituation, in der sich Mensch und Maschine bei der Interaktion zeitgleich in benachbarten Bereichen aufhalten, wird als Koexistenz bezeichnet. Ein typisches Beispiel ist eine Einlegestation mit Drehtisch an einer Roboterzelle. Bild: Sick

Es lassen sich vier Arten des kollaborierenden Betriebs unterscheiden. Der sicherheitsbewertete überwachte Halt stoppt den Roboter zur Interaktion mit dem Menschen; bei der Handführung wird die sichere MRK dadurch gewährleistet, dass der Roboter bei angemessen reduzierter Geschwindigkeit bewusst von Hand geführt wird.

Bei der dritten Kollaborationsart Leistungs- und Kraftbegrenzung werden Leistung, Kraft und Geschwindigkeit des Roboters zum Beispiel durch Begrenzungsfunktionen der Sicherheitssteuerung auf eine biomechanische Belastungsgrenze gesenkt werden, bei der keine Gefährdungen oder Verletzungen zu erwarten sind.

Dies geschieht unabhängig davon, ob ein physischer Kontakt zwischen dem Roboter und einem Mensch beabsichtigt oder unbeabsichtigt erfolgt.

Verfahrwege des Roboters überwachen

Ganz im Sinne hochgradig flexibler Arbeitsszenarien ist die Kollaborationsart der Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung. Hier werden die Geschwindigkeit und die Verfahrwege des Roboters überwacht und abhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit des Bedieners im abgesicherten Kollaborationsraum angepasst.

Sicherheitsabstände werden permanent überwacht und der Roboter bei Bedarf verlangsamt, gestoppt oder sein Verfahrweg geändert. Vergrößert sich der Abstand zwischen Bediener und Maschine wieder über den Mindestabstand hinaus, kann das Robotersystem seine Bewegungen mit üblichen Geschwindigkeiten und Verfahrwegen automatisch fortführen. Dadurch wird die Produktivität des Roboters unverzüglich wieder hergestellt.

Funktionale Sicherheit für MRK

Die Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung in MRK-Anwendungen bietet das größte Zukunftspotenzial der verschiedenen Kollaborationsarten der ISO/TS 15066. Im Vergleich mit diesen, aber auch mit Blick auf die bislang noch dominierenden Interaktionsszenarien der Koexistenz und der Kooperation, wird deutlich, dass die sicherheitsgerichtete Sensor- und Steuerungstechnik vor neuen Herausforderungen steht, um eine ungehinderte MRK zu ermöglichen.

Hinzu kommt, dass die Anforderungen an die Sicherheit des gemeinsam genutzten Arbeitsraumes umso mehr steigen, je kollaborativer künftige Arbeitssituationen werden.

Die zunehmend intelligenteren Sicherheitslösungen auf der Basis unterschiedlicher Technologien ermöglichen immer neue MRK-Anwendungen, weil sie in der Lage sind, zunehmend anspruchsvollere Anforderungen umzusetzen. Trotzdem macht die MRK derzeit nur einen kleinen Anteil aller Anwendungen mit Mensch-Maschine-Interaktion aus. hei

6-Achs-Knickarmroboter bei Barth Präzisionstechnik