Einer der wichtigsten Aspekte der Mensch-Roboter-Kollaboration ist natürlich die Sicherheit. Die zu gewährleisten ist gar nicht so einfach, wenn der direkte Kontakt zwischen Mensch und Roboter ausdrücklich erwünscht ist. „Heute ist es zwingend notwendig, für jede Roboterapplikation eine Risikoanalyse durchzuführen. Spezifisch für die Applikation, nicht nur für den Roboter, nicht nur für den Sensor, die ganze Applikation muss betrachtet werden“, führt Safety-Experte Christian Bittner von Pilz aus. „Man muss sehen, ob das Werkstück scharfkantig ist, muss sich Quetschstellen ansehen und sich über Greiferkonstruktionen ganz anders Gedanken machen als bisher. Man muss Geschwindigkeitsüberprüfungen machen und Kraftmessungen durchführen.“ So eine MRK-Applikation weite sich dann schnell zu einem großen Engineering-Projekt aus, weshalb derzeit die meisten Anwendungen Pilot-Projekte seien.

Immerhin, so Bittner, seien heute passende Kraftmessgeräte samt passender Software verfügbar. „Es gibt immer wieder Überraschungen, je nachdem, welche Körperstelle man als Kollisionsfläche betrachtet, Schulter, Bauch, Oberschenkel, Kopf. Wenn dann solche kollaborierenden Szenarien und Applikationen endgetestet werden, sind sehr oft die Kräfte oder Drücke zu hoch und die Robotergeschwindigkeit muss reduziert werden. Das ist immer noch ein großer Lernprozess bei allen Beteiligten.“

Prof. Norbert Elkmann, Fraunhofer IFF

 

„Es gibt mittlerweile umfangreiche Untersuchungen bezüglich des Schmerzeintritts bei dynamischen Berührungen.“

Prof. Norbert Elkmann, Fraunhofer IFF

Schmerz für den Fortschritt

Auf jeden Fall gibt es mit der ISO/TS 15066 nun eine Richtlinie, in der zulässige Kollisionskräfte angegeben sind. Auf welcher Basis diese zustande gekommen sind, weiß Professor Elkmann: „Es gab es an der Uni Mainz umfangreiche Untersuchungen bezüglich des Schmerzeintritts bei quasistatischen Berührungen. Wir machen am IFF nun mit einem Pendelaufbau systematische Versuche mit dynamischen Roboterkollisionen. Wir haben Pendel und freiwillige Probanden. Die stellen sich da hin, dann wird das Pendel mit unterschiedlichen Massen beaufschlagt, ich kann die Kollisionsgeometrie anpassen, und dann untersuchen wir den Schmerz. Bei Verletzungseintritt gibt es jede Woche nur eine Messung. Verletzungseintritt heißt mittelstarker Schmerz, Schwellung oder im schlimmsten Fall ein Hämatom, aber dann ist Abbruch.“ Die verschiedenen Körperlokationen reagieren sehr unterschiedlich, Mann und Frau ebenso. „Wir sammeln die Daten erstmal sehr umfangreich und dann werden wir im Normungskreis beschließen, wie wir damit umgehen“, so Elkmann.

„Kollisionstests sind gut und schön,“ wirft Volker Miegel ein, „man kann feststellen, dass diese Applikation für den Menschen in dem Bereich akzeptabel ist, also eine Kollision akzeptabel wäre. Aber wenn man mal auf die Skalierbarkeit solcher Applikationen sieht, wäre es wünschenswert, dass man in Zukunft auch solche Dinge planerisch durchführen könnte. Heute weiß ich erst nach der Messung, ob ich irgendwas nicht eingehalten habe und muss dann unter Umständen sehr, sehr komplexe Korrekturen vornehmen.“ Bei den aktuell verfügbaren Cobot-Systemen sei eine prototypische Umsetzung einer Applikation sehr schnell möglich. „Dieser Ease-of-Use-Ansatz führt für eine reale sicherheitstechnisch abgenommene Applikation aber heute noch nicht zum Ziel.“

Dr. Björn Matthias ergänzt: „Das Problem heute ist die Notwendigkeit der Risikobeurteilung für jede einzelne Situation. Das heißt, wenn Sie den Roboter schnell und flexibel von A nach B umstellen wollen, dann muss da die Risikobeurteilung auch wieder gemacht werden oder schon vorbereitet sein.“ Auf diese Weise würden Anwender aufgrund des Aufwands abgeschreckt. „Es ist zentral wichtig, und zwar nicht nur für kollaborierende Applikationen, Programmiermethodiken zu entwickeln, die sehr viel mehr applikationsbezogen sind als es heute der Fall ist. Heute haben wir ein Spektrum von Methoden, die sehr roboterspezifisch sind, und man sollte sich keine Illusionen machen, kollaborierende Applikationen sind in der Regel nicht einfacher als konventionelle.“

Allerdings, da sind sich die Experten einig, solle man den Menschen auch nicht für dümmer halten, als er ist. Man müsse nicht jede denkbare potenziell gefährliche Situation absichern. Ein Koch würde ja auch die heiße Herdplatte meiden, obwohl sie nicht eingehaust ist, und falls der Mitarbeiter stolpere, sei meist die Gitterbox gefährlicher als ein langsam fahrender Cobot. Es heißt oft, Roboter und Mensch sollen Hand in Hand arbeiten. Zum Start solle man aber damit anfangen, Mensch und Roboter parallel und gleichzeitig an einem Objekt arbeiten zu lassen. Neben- statt miteinander. Dann kann auch die Sicherheit wachsen.

Volker Miegel, RIF e.V. Institut für Forschung und Transfer

 

„Ein häufiger Fehler ist, dass zu komplexe Prozesse abgebildet werden sollen. Man sollte mit sehr einfachen anfangen.“

Volker Miegel, RIF e.V. Institut für Forschung und Transfer

ISO/TS 15066 für Roboter

Die ISO/TS 15066 erweitert den bereits etablierten ISO-Standard 10218 „Sicherheitsrichtlinien für Industrieroboter“ um einen weiteren Zusatz. Die ISO/TS 15066 ist ein umfassendes Dokument, das Integratoren dabei unterstützt, die Risikoanalyse bei der Einführung von kollaborierenden Robotern durchzuführen. ISO/TS 15066 legt die verschiedenen Kollaborationskonzepte dar und beschreibt die entsprechenden Voraussetzungen, die gegeben sein müssen, um diese zu erfüllen. Neben den Anforderungen hinsichtlich des Designs und der Risikobewertung der Roboter beinhaltet die Spezifikation zudem eine Forschungsstudie zum Thema Schmerzgrenze versus Roboter-Geschwindigkeit, Belastung und Auswirkungen für definierte Körperteile.

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