Schwerpunkte

Joanneum Research

Die Evaluierung der physischen Sicherheit

16. Juli 2021, 11:16 Uhr   |  Inka Krischke

Die Evaluierung der physischen Sicherheit
© Joanneum Research

Kommen Roboter als kollaborative Assistenzsysteme in einer modernen Produktion zum Einsatz, werden sie ohne Schutzzaun betrieben. Ergo spielt die physische Sicherheit für die beteiligten Arbeiterinnen und Arbeiter eine sehr wichtige Rolle.

Für die Digitalisierung und Automatisierung in der Produktion benötigt es moderne Robotersysteme, die ihre Aufgaben nicht nur richtig, sondern auch für den Menschen gefahrenfrei ausführen. Besonders wichtig wird die Sicherheitsfrage, wenn diese Systeme nicht nur in speziell für Roboter vorgesehenen Produktionsbereichen zum Einsatz kommen, sondern als sogenannte ‚Cobots‘ operieren. Anders als klassische Industrieroboter operieren diese speziell für die Zusammenarbeit mit Menschen entwickelten Roboter mit ebendiesen in einem Arbeitsbereich, um auch gemeinsam Produktionsschritte erledigen zu können. Aufgrund der engen Zusammenarbeit kann nicht ausgeschlossen werden, dass es zu ungewollten physischen Kontakten zwischen Roboter und Mensch kommt.

Um die Sicherheit einer Mensch-Roboter-Kollaboration zu definieren, braucht es klar strukturierte Regeln. Neben der EG-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG definieren harmonisierte Normen und Vorschriften für Robotersicherheit den regulativen Rahmen für ein sicheres Zusammenarbeiten von Menschen und Roboter im industriellen Anwendungskontext – insbesondere die ISO 10218:2011 (Industrieroboter-Sicherheitsanforderungen) und die ISO/TS 15066:2016 (Roboter und Robotikgeräte – Kollaborierende Roboter). Das Besondere bei Cobots sind deren erweiterte Ausstattung mittels zusätzlicher, hochzuverlässiger Sensorik sowie ihre Fähigkeit, sicherheitsbewertete Funktionen realisieren zu können, die über den verpflichtenden Not-Halt hinausgehen. Beispielsweise kann der Roboter mit einer erhöhten Zuverlässigkeit seine Position und Geschwindigkeit überwachen und begrenzen.

Teil 2 der ISO 10218, der sich mit der Sicherheit von Robotersystemen beschäftigt, beschreibt die relevanten sicherheitstechnischen Maßnahmen für einen kollaborativen Roboterbetrieb. Hierfür werden vier klar umrissene Szenarien für die physische Kollaboration zwischen Menschen und Roboter definiert. Eine vorab festgelegte Aufgabenausführung, die Aktivierung aller erforderlichen Schutzmaßnahmen sowie die Verwendung eines für den kollaborierenden Betrieb konstruierten Roboters (Cobot) stellen die Ausgangsbasis für diese Interaktionsszenarien dar. Die vier Möglichkeiten sind: 

  • Sicherheitsbewerteter überwachter Halt (und Wiederanlauf)
  • Handführung
  • Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung 
  • Leistungs- und Kraftbegrenzung

Für moderne Roboteranwendungen sind vor allem die letzteren zwei Betriebsarten von großem Interesse.

Physische Robotersicherheit und deren Evaluierung

In klassischen Robotersystemen werden bauliche und funktionale Sicherheitsmaßnahmen genutzt, um ein ungewolltes Aufeinandertreffen von Mensch und Roboter zu verhindern. Diese Vorkehrungen sind vor allem dann notwendig, wenn bewegte Teile des Roboters sowie die Roboterumgebung nicht sicherheitsbewertet überwacht werden und diese Objekterfassung zur Kollisionsvermeidung herangezogen wird. Aufgrund der unzureichend verfügbaren sicherheitsbewerteten Sensorik zur validen Umgebungserfassung stößt die Betriebsform ‚Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung‘ momentan noch an ihre Grenzen in der Anwendbarkeit. Dies ist auch einer der Hauptfaktoren, weshalb diese Kollaborationsform meist noch im Laborumfeld im Zuge von Forschungsarbeiten untersucht wird und nur vereinzelt im industriellen Kontext Einsatz findet.

Im Gegensatz dazu stellt die Betriebsart ‚Leistungs- und Kraftbegrenzung‘ aktuell die am weitesten verbreitete kollaborative Betriebsform dar. Wie die Bezeichnung schon gut beschreibt, werden dabei die Leistungsparameter der elektrischen Antriebe in den Robotergelenken sowie die Sensitivität der Regelung in Form einer Kraftbegrenzung derart eingestellt, dass im Fall einer Mensch-Roboter-Kontaktsituation die vom Roboter zum Mensch übertragene Stoßenergie unterhalb der normativen Vorgaben liegt.

Seite 1 von 2

1. Die Evaluierung der physischen Sicherheit
2. Das Prüflabor

Auf Facebook teilen Auf Twitter teilen Auf Linkedin teilen Via Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

Verwandte Artikel

Robotik