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Sicherheitsfragen der Mensch-Roboter-Kollaboration

17.02.2016 – Behrens_Fraunhofer“Die Grenzen zwischen Mensch und Roboter werden immer weiter verschmelzen”, sagt Roland Behrens vom Fraunhofer Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und –automatisierung IFF. Er ist an der Entwicklung von Sicherheitstechnologien in der Mensch-Maschine-Kollaboration beteiligt und geht im Interview mit VWheute ins Detail.

VWheute: Welches sind die zentralen Herausforderungen, wenn Mensch und Roboter Hand in Hand arbeiten?

Roland Behrens: Da gibt es gleich mehrere. Die wohl größte Herausforderung ist die Gesundheit des Menschen dauerhaft für jede Form der Zusammenarbeit zu schützen. Hierbei ist wichtig zu wissen, dass es keinen sicheren Roboter gibt, auch wenn von einigen Herstellern suggeriert wird. Ein Roboter ist immer nur so sicher, wie seine Integration, sein Werkzeug und seine Anwendung. Grundsätzlich gehen von einem kollaborativen Roboter unterschiedliche und zahlreiche Gefährdungen aus. Die typischsten Gefährdungen sind Kollisionen mit dem bewegten Roboter oder das Einklemmen von Körperteilen innerhalb der Roboterstruktur (z.B. im Bereich der Achsen oder zwischen dem Roboter und der Umgebung). Arbeiten Roboter Hand in Hand mit einem Mensch zusammen (echte Kollaboration), müssen die genannten Gefährdungen von einer gewollten Berührung des Roboter durch den Mensch, die z.B. Bestandteil der Arbeitsaufgabe ist, unterschieden werden.

Dies lässt sich heute erreichen, indem der Roboter so programmiert wird, dass im Falle eines ungewollten Kontakts mit einem Menschen (Kollision, Klemmung, etc.) biomechanische Grenzwerte nicht überschritten werden. Aktuell gibt es nur Grenzwerte für den Fall einer Klemmung, die immer in Verbindung mit niedrigen Robotergeschwindigkeiten stehen. Grenzwerte für Kollisionen mit höheren Geschwindigkeiten werden von uns im Rahmen mehrerer Studien erarbeitet. Abschließend lassen sich zwei zentrale Herausforderungen zusammenfassen: 1. Biomechanische Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden. 2. Die biomechanischen Grenzwerte dürfen einen produktiven Einsatz des Roboters nicht verhindern. Letzteres ließe sich mit der Erarbeitung weiterer und für die jeweilige Gefährdung zugeschnittene Grenzwerte begegnen. Daran arbeiten wir zu Zeit.

VWheute: Wo setzt die Arbeit Ihres Institutes hier an – vor allen Dingen bei Sicherheitsaspekten?

Roland Behrens: Entwicklung von Sicherheitstechnologien zur Absicherung aller Formen der Mensch-Roboter-Kollaboration. Hierbei orientieren wir uns eng an die Norm DIN EN 10218-2, die vier unterschiedliche Formen der Kollaboration definiert und in der ISO/TS 15066 genauer spezifiziert sind. Für jede Form haben wir unterschiedliche Sensorsystem entwickelte, mit denen sich alle Möglichkeiten der Zusammenarbeit ausreizen lassen und alle Sicherheitsanforderungen erfüllt werden. Hierbei handelt es sich um Entwicklungen, die weit über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen. Damit unsere Entwicklungen auch den Anforderungen von echten Sicherheitssystemen genügen, kooperieren wir eng mit dem Institut für Arbeitsschutz (IFA) der DGUV.

Darüber hinaus haben wir zahlreiche Studien durchgeführt, in denen wir biomechanische Belastungsgrenzen für die direkte Zusammenarbeit von Mensch und Roboter erarbeiten. Einige Studien laufen hierzu noch, neue werden hinzukommen. Mit diesen Studien leisten wir einen wichtigen Beitrag für die normative Festlegung von Grenzwerten für die sichere Mensch-Maschine-Schnittstelle. Wir haben einen engen Draht zur internationalen Normung und halten ständig Kontakt zu den Stellen, die letztendlich fundiert erarbeitete Grenzwerte in die Normenarbeit einfließen lassen.

VWheute: Wie wird die die Mensch-Roboter-Kollaboration der Zukunft aussehen?

Roland Behrens: Die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern wird in zehn Jahren so selbstverständlich sein, wie die Benutzung von Handwerkzeugen wie z.B. einer Bohrmaschine. In den nächsten Jahren werden immer mehr Betriebe erkennen, dass kollaborative Roboter das richtige Element sind, um die Menschen in den Werkhallen von unergonomischer Arbeit zu entlasten, sodass sie sich besser auf die Tätigkeit konzentrieren können, für die sie ausgebildet wurden und Erfahrung sammelten. Die Grenzen zwischen Mensch und Roboter werden immer weiter verschmelzen (siehe DOSSIER).

Die Fragen stellte VWheute-Redakteur Rafael Kurz.

Bild: Dipl.-Ing. Roland Behrens arbeitet am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und –automatisierung IFF in Magdeburg im Geschäftsfeld Robotersysteme und spricht heute beim Robotics-Kongress in Hannover. (Quelle: Privat)

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