Cobots, Bild: ABB

Mensch und Roboter arbeiten in der Zukunftsfabrik eng zusammen. Um die Sicherheit der Mitarbeiter zu garantieren, muss schon bei der Konstruktion auf die Sicherheit geachtet werden. Bild: ABB

In der industriellen Produktion wie dem Maschinen- und Anlagenbau entstehen derzeit neue Arbeitsformen, bei denen Menschen direkt und ohne trennende Schutzeinrichtungen mit Robotern zusammenarbeiten. Bei dieser Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) sollen die kollaborierenden Roboter – kurz Cobots – ihre menschlichen Kollegen bei monotonen, schweren oder ergonomisch ungünstigen Arbeiten entlasten oder assistieren. Der Cobot schließt neben dem Roboter selbst auch das am Roboterarm angebrachte Werkzeug sowie die damit bewegten Gegenstände ein.

Durch den nahen oder direkten Kontakt zwischen Cobot und Mensch kann es zu Kollisionen kommen. Die dabei auftretenden Kräfte sind auf ein sicheres Maß zu begrenzen. Für den sicheren Betrieb eines kollaborierenden Arbeitsplatzes muss daher mittels geeigneter Messtechnik geprüft und nachgewiesen werden, dass die zulässigen Grenzwerte eingehalten werden. Damit erschließt sich ein neuer Bereich des Arbeitsschutzes.

Die möglichen Gefahren durch den Roboter gehen von zu hohen Kräften und Geschwindigkeiten, unerwartetem Anlauf oder Verhalten aus. Um inakzeptable Körperbeanspruchungen zu vermeiden, hat das IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung DGUV) Empfehlungen entwickelt, die Grenzwerte für belastende Kräfte und Drücke auf den Menschen angeben. Diese Empfehlungen wurden in die ISO-Normen für Industrieroboter eingearbeitet.

Krafteinwirkung bei Kollision begrenzt

Kollaborierende Roboter sind kleine, leichte Roboter, die in einem festgelegten Arbeitsraum aufgebaut werden. Für die sichere MRK muss eine von vier Methoden mit flankierenden Sicherheitsfunktionen ausgewählt werden:

  • der sicherheitsbewertete, überwachte Halt
  • die Handführung
  • die Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung sowie
  • die Leistungs- und Kraftbegrenzung.

Die beiden letzten Methoden sind in Bezug auf Sicherheitstechnik und Arbeitsschutz besonders interessant. Bei der Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung ist eine gleichzeitige Bewegung des Menschen und des Roboters im Kollaborationsraum möglich – nicht aber eine enge Zusammenarbeit. Das Risiko ist dadurch reduziert, dass permanent ein Sicherheitsabstand zwischen Mensch und autonom arbeitendem Roboter realisiert wird. Dieser Abstand darf je nach Geschwindigkeit des Roboters auch variieren. Der Roboter kann bei Annäherung des Menschen stoppen oder dem Menschen ausweichen. Die Positionen aller Personen im Kollaborationsraum müssen daher sicher erfasst werden, zum Beispiel durch berührungslos wirkende Sensoren wie Kameras, Ultraschallsysteme oder Radar.

Bei der Leistungs- und Kraftbegrenzung arbeiten Mensch und autonomer Roboter so eng zusammen, dass es auch zu Berührungen kommen kann. Das Risiko ist dadurch reduziert, dass die bei einer Kollision einwirkende Kraft und der Druck auf der Kollisionsfläche sicher begrenzt sind. Wie bei anderen Maschinen müssen die Gefährdungen innerhalb der Grenzen des Robotersystems identifiziert und die Risiken bewertet werden. In der Regel treten mechanische Gefährdungen wie Stoßen, Quetschen, Klemmen oder Scheren auf.

Hintergrundinfos

Kollaborierende Roboter

Kollaborierenden Roboter oder Cobots können mittlerweile sowohl schwere als auch anstrengende Arbeiten exakt verrichten und somit den Menschen physiologisch belastende Tätigkeiten abnehmen oder ihnen dabei assistieren. So sind sie beispielsweise in der Lage, ein Werkstück so zu positionieren, dass ein Schweißer leichter daran arbeiten kann. Mithilfe komplexer Steuerungssysteme, Aufpralldetektoren und eingebauter Sensoren reagieren sie flexibel und passen sich an. Sie können ausweichen, wenn ein Mensch oder Gegenstand in ihre Reichweite gelangt und so einen Aufprall selbstständig verhindern. Ebenso können sie durch Bilderkennung und Tastsensoren Gegenstände lokalisieren, greifen und exakter positionieren.