Robotersicherheit in der Mensch-Roboter-Kollaborationsmontage

Die kollaborative Montage von Menschen und Robotern revolutioniert die Fertigung, indem sie die Geschicklichkeit und Anpassungsfähigkeit des Menschen mit der Präzision und Ausdauer des Roboters verbindet. Die Gewährleistung der Robotersicherheit in diesen gemeinsamen Arbeitsbereichen ist jedoch von größter Bedeutung. Dieser Artikel befasst sich mit den kritischen Aspekten der Sicherheit in kollaborativen Mensch-Roboter-Umgebungen und erörtert die Technologien, Normen und Verfahren, die die Arbeiter schützen und gleichzeitig die Produktivität maximieren. Diese Informationen sind für alle wichtig, die mit der Implementierung von oder der Zusammenarbeit mit kollaborierenden Robotern zu tun haben. Der Artikel konzentriert sich auf industrielle Umgebungen.

1. Was ist die Mensch-Roboter-Kollaborationsmontage?

Bei der Mensch-Roboter-Kollaborationsmontage, auch als kollaborative Montage bezeichnet, arbeiten Menschen und Roboter in einem gemeinsamen Arbeitsbereich zusammen, um Montageaufgaben zu erledigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern, die isoliert hinter Sicherheitsbarrieren arbeiten, sind kollaborative Roboter (Cobots) so konzipiert, dass sie mit Menschen zusammenarbeiten, oft ohne physische Barrieren. Bei diesem Ansatz werden die Stärken von Menschen und Robotern kombiniert.

Der Mensch bringt Anpassungsfähigkeit, Problemlösungskompetenz und Geschicklichkeit mit, während der Roboter Präzision, Wiederholbarkeit und die Fähigkeit, schwere oder sich wiederholende Aufgaben zu erledigen, bietet. Diese Synergie kann zu höherer Produktivität, besserer Qualität und besserer Ergonomie für die menschlichen Mitarbeiter führen. Der entscheidende Unterschied ist der gemeinsame Arbeitsbereich und die enge Interaktion zwischen Mensch und Roboter.

2. Warum ist Sicherheit in der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit so wichtig?

Sicherheit ist in jeder industriellen Umgebung von größter Bedeutung, aber bei der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter wird sie noch wichtiger, da Mensch und Roboter denselben Arbeitsbereich teilen und möglicherweise direkt miteinander interagieren. Industrieroboter sind traditionell leistungsstarke Maschinen, die bei Berührung schwere Verletzungen verursachen können. Selbst bei kollaborierenden Robotern, die für eine sicherere Interaktion ausgelegt sind, besteht weiterhin die Gefahr von Verletzungen, wenn die Sicherheitsmaßnahmen nicht ordnungsgemäß umgesetzt werden.

Die Folgen eines Zusammenstoßes zwischen einem Roboter und einem Menschen können von leichten Prellungen bis hin zu schweren Verletzungen oder sogar tödlichen Unfällen reichen. Neben den direkten physischen Risiken gibt es auch psychologische Faktoren zu berücksichtigen. Die Arbeitnehmer müssen sich sicher fühlen und dem Robotersystem vertrauen, um effektiv mit ihm arbeiten zu können. Daher ist die Gewährleistung der Robotersicherheit nicht nur eine rechtliche und ethische Verpflichtung, sondern auch eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg jeder kollaborativen Mensch-Roboter-Anwendung.

3. Was sind die wichtigsten Sicherheitsstandards für kollaborative Roboter?

Mehrere internationale Sicherheitsnormen regeln den Entwurf und die Implementierung von kollaborativen Robotersystemen. Eine der wichtigsten ist ISO/TS 15066, die spezifische Richtlinien für die Sicherheit kollaborierender Roboter enthält. Diese technische Spezifikation baut auf den allgemeinen Sicherheitsanforderungen der Normen ISO 10218-1 und ISO 10218-2 auf, die sich mit der Sicherheit von Industrierobotern befassen.

ISO/TS 15066 liefert detaillierte Informationen über Risikobewertung, Sicherheitsmerkmale und Validierungsmethoden für kollaborative Anwendungen. Sie definiert vier kollaborative Betriebsarten: Sicherheitsüberwachtes Anhalten, Handführung, Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung sowie Leistungs- und Kraftbegrenzung. Die Einhaltung dieser Sicherheitsstandards ist entscheidend dafür, dass kollaborative Robotersysteme die erforderlichen Sicherheitsanforderungen erfüllen. Diese Normen verlangen oft, dass detaillierte Informationen über Sicherheitsverfahren für die Arbeiter zugänglich sind. Die Seite mit den Informationen ist möglicherweise vorübergehend nicht verfügbar oder sie wurde dauerhaft auf eine neue Webadresse verschoben.

4. Was sind die wichtigsten Sicherheitsmerkmale und -technologien, die in kollaborativen Robotern verwendet werden?

Kollaborative Roboter verfügen über verschiedene Sicherheitsfunktionen und -technologien, um das Risiko von Schäden für menschliche Arbeitskräfte zu minimieren. Dazu gehören:

• Leistungs- und Kraftbegrenzung (PFL): Dies ist ein grundlegendes Sicherheitsmerkmal von Cobots. PFL-Roboter sind so konstruiert, dass sie die von ihnen ausgeübte Kraft und Leistung begrenzen und so sicherstellen, dass jeder Aufprall auf einen Menschen unterhalb sicherer Schwellenwerte bleibt. Dies wird häufig durch den Einsatz empfindlicher Kraft-Drehmoment-Sensoren und nachgiebiger Gelenke erreicht.
• Sicherheitsbewertete überwachte Haltestelle: Diese Funktion sorgt dafür, dass der Roboter anhält und stehen bleibt, wenn ein Mensch in eine bestimmte Sicherheitszone eintritt. Der Roboter nimmt den Betrieb erst wieder auf, wenn der Mensch die Zone verlassen hat und ein bewusster Neustartbefehl gegeben wird.
• Hand Guiding: So kann ein Bediener den Roboter manuell bewegen, indem er ihn direkt anfasst. Die Sensoren des Roboters erkennen die aufgebrachte Kraft und bewegen den Roboterarm entsprechend. Dies wird häufig verwendet, um dem Roboter neue Aufgaben beizubringen oder um Feineinstellungen bei der Montage vorzunehmen.
• Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung: Bei dieser Strategie werden Sensoren (z. B. Laserscanner, Bildverarbeitungssysteme) eingesetzt, um den Abstand zwischen dem Roboter und dem Menschen zu überwachen. Die Geschwindigkeit des Roboters wird automatisch an diesen Abstand angepasst und verlangsamt sich oder hält an, wenn sich der Mensch nähert.

5. Wie wird die Risikobewertung bei kollaborativen Anwendungen durchgeführt?

Die Risikobewertung ist ein entscheidender Schritt bei der Implementierung jeder kollaborativen Roboteranwendung. Sie umfasst die Ermittlung potenzieller Gefahren, die Bewertung der damit verbundenen Risiken und die Umsetzung von Maßnahmen zur Minderung dieser Risiken. Der Prozess der Risikobewertung folgt in der Regel einem strukturierten Ansatz, wie er in der ISO 12100, der allgemeinen Norm für Maschinensicherheit, beschrieben ist.

Die Risikobewertung sollte alle Aspekte der kollaborativen Anwendung berücksichtigen, einschließlich des Roboters selbst, des Endeffektors (Werkzeugs), des Werkstücks, des Arbeitsbereichs und der menschlichen Aufgaben. Sie sollte auch mögliche Fehlanwendungen oder unerwartete Ereignisse berücksichtigen. Ziel ist es, die Risiken auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren und die Sicherheit der menschlichen Arbeitskräfte zu gewährleisten. Die Ergebnisse der Risikobewertung dienen als Grundlage für die Auswahl geeigneter Sicherheitsmerkmale und -strategien. Die Informationen auf dieser Seite sind möglicherweise vorübergehend nicht verfügbar oder sie wurde dauerhaft auf eine neue Webadresse verlegt.

6. Welche unterschiedlichen Sicherheitsstrategien gibt es für die Mensch-Roboter-Kollaboration?

Es gibt verschiedene Sicherheitsstrategien, die bei der Mensch-Roboter-Kollaboration eingesetzt werden können, je nach der spezifischen Anwendung und den Ergebnissen der Risikobewertung. Diese Strategien beinhalten oft eine Kombination der zuvor beschriebenen Sicherheitsmerkmale.

• Kein Körperkontakt beabsichtigt: In diesem Szenario arbeiten der Roboter und der Mensch im selben allgemeinen Bereich, sollen aber nicht in direkten Kontakt kommen. Die Sicherheit wird in der Regel durch Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung und sicherheitsbewertete, überwachte Stopps gewährleistet.
• Gelegentlicher Körperkontakt möglich: Bei dieser Strategie wird berücksichtigt, dass es gelegentlich zu Berührungen zwischen Roboter und Mensch kommen kann, aber der Roboter ist so konstruiert, dass er die Kraft und Leistung solcher Berührungen auf ein sicheres Maß begrenzt. Die Kraft- und Leistungsbegrenzung ist ein Schlüsselmerkmal in diesem Szenario.
• Vorsätzlicher Körperkontakt beabsichtigt: Bei einigen Anwendungen, z. B. bei der Handführung, ist ein bewusster Körperkontakt zwischen Roboter und Mensch erforderlich. Die Sicherheit hängt von den inhärenten Sicherheitsmerkmalen des Roboters ab, wie z. B. Kraft-Drehmoment-Sensoren und nachgiebige Gelenke. Die Mensch-Roboter-Kooperation hat einen großen Einfluss auf die Sicherheit und Ergonomie in der industriellen kollaborativen Robotik.

7. Wie trägt die Robotersteuerung zur Sicherheit bei?

Die Robotersteuerung ist eine wichtige Komponente des Sicherheitssystems. Sie ist für die Überwachung der Robotersensoren, die Verarbeitung sicherheitsrelevanter Signale und die Steuerung der Roboterbewegung verantwortlich. Die Steuerung muss so konzipiert und zertifiziert sein, dass sie den einschlägigen Sicherheitsnormen entspricht.

Die Steuerung setzt die gewählte Sicherheitsstrategie um, z. B. Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung oder Leistungs- und Kraftbegrenzung. Sie überwacht kontinuierlich die Position, Geschwindigkeit und Kraft des Roboters und leitet einen Sicherheitsstopp ein, wenn vordefinierte Grenzwerte überschritten werden. Die Steuerung verwaltet auch sicherheitsrelevante Ein- und Ausgänge, wie z. B. Not-Aus-Tasten und Sicherheitslichtvorhänge. Die Steuerung wird zur Gewährleistung der Sicherheit eingesetzt.

8. Welche Rolle spielen Sensoren für die Sicherheit kollaborativer Roboter?

Sensoren sind die "Augen und Ohren" des Sicherheitssystems und liefern wichtige Informationen über die Umgebung des Roboters und die Anwesenheit von Menschen. Je nach der spezifischen Sicherheitsstrategie werden unterschiedliche Arten von Sensoren verwendet.

• Kraft-Drehmoment-Sensoren: Diese Sensoren sind in der Regel in die Gelenke oder den Endeffektor des Roboters integriert und messen die einwirkenden Kräfte und Drehmomente. Sie sind für die Leistungs- und Kraftbegrenzung und die Handführung unerlässlich.
• Laser-Scanner: Diese Sensoren schaffen eine zweidimensionale Sicherheitszone um den Roboter. Wenn ein Mensch oder ein Objekt in diese Zone eindringt, erkennt der Scanner dies und sendet ein Signal an die Robotersteuerung.
• Bildverarbeitungssysteme: Kameras und Bildverarbeitungssoftware können eingesetzt werden, um die Anwesenheit und Position von Menschen im Arbeitsbereich zu erkennen. Diese Informationen können zur Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung oder zur Auslösung anderer Sicherheitsfunktionen verwendet werden.
• Roboter-Skin: Sensor zur Erkennung von Berührungen.

Diese Sensoren liefern Echtzeitdaten an die Robotersteuerung, so dass diese schnell auf potenzielle Gefahren reagieren und die Sicherheit der menschlichen Mitarbeiter gewährleisten kann.

9. Was sind die spezifischen Sicherheitsverfahren für die kollaborative Montage?

Zusätzlich zu den technischen Sicherheitsmerkmalen sind spezifische Sicherheitsverfahren für einen sicheren Betrieb in der kollaborativen Montage unerlässlich. Diese Verfahren sollten klar definiert sein und dem gesamten Personal, das im kollaborativen Arbeitsbereich arbeitet, mitgeteilt werden.

• Ausbildung: Die Mitarbeiter müssen gründlich in der Bedienung des Roboters, den Sicherheitsvorkehrungen und den Notfallmaßnahmen geschult werden.
• Gestaltung des Arbeitsbereichs: Der Arbeitsbereich sollte so gestaltet sein, dass das Risiko von Kollisionen minimiert wird und der Arbeitsbereich des Roboters deutlich sichtbar ist.
• Regelmäßige Inspektionen: Das Robotersystem, einschließlich der Sensoren und Sicherheitsvorrichtungen, sollte regelmäßig inspiziert und gewartet werden, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren.
• Verfahren für Notfälle: Für Notfälle, wie z. B. eine Fehlfunktion des Roboters oder eine Kollision, müssen klare Verfahren vorhanden sein.

Diese Verfahren bilden zusammen mit den technischen Sicherheitsmerkmalen ein umfassendes Sicherheitssystem, das die Arbeiter in Mensch-Roboter-Kollaborationsumgebungen schützt. Die Sicherheitsverfahren müssen für alle Teammitglieder zugänglich sein. Die Website kann vorübergehend außer Betrieb sein oder sie kann dauerhaft auf eine neue Webadresse umgezogen sein.

10. Was ist die Zukunft der Sicherheit in kollaborativen Mensch-Roboter-Systemen?

Der Bereich der Mensch-Roboter-Kollaboration entwickelt sich ständig weiter, und die Sicherheitstechnologie schreitet kontinuierlich voran. Für die Zukunft sind mehrere Trends zu erwarten:

• Anspruchsvollere Sensoren: Fortschritte in der Sensortechnologie, wie 3D-Vision-Systeme und taktile Sensoren, werden noch detailliertere Informationen über die Umgebung des Roboters liefern und so die Sicherheit erhöhen.
• Künstliche Intelligenz (KI): Mithilfe von KI kann die Fähigkeit des Roboters, menschliche Bewegungen vorherzusagen und darauf zu reagieren, verbessert werden, was die Interaktion sicherer und intuitiver macht. Algorithmen für maschinelles Lernen können so trainiert werden, dass sie potenziell gefährliche Situationen erkennen und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen auslösen.
• Adaptive Sicherheitssysteme: Künftige Sicherheitssysteme könnten sich an die sich ändernden Bedingungen im Arbeitsbereich anpassen und die Sicherheitszonen und das Verhalten des Roboters in Echtzeit auf die jeweilige Aufgabe und die Handlungen des Menschen abstimmen.
• Verbesserte Mensch-Roboter-Interaktion: Fortschritte bei den Benutzerschnittstellen und Kommunikationsmethoden werden es den Menschen erleichtern, Roboter zu verstehen und mit ihnen zu interagieren, wodurch das Risiko von Missverständnissen und Fehlern verringert wird.

Diese Fortschritte werden die Sicherheit und Effizienz von Mensch-Roboter-Kollaborationssystemen weiter verbessern und den Weg für eine noch breitere Anwendung dieser Technologie in verschiedenen Branchen ebnen.

Wichtigste Erkenntnisse

• Bei der Mensch-Roboter-Kollaborationsmontage arbeiten Menschen und Roboter in einem gemeinsamen Arbeitsbereich zusammen.
• Die Sicherheit ist von entscheidender Bedeutung, da es bei der engen Interaktion zwischen Mensch und Roboter zu Kollisionen und Verletzungen kommen kann.
• Wichtige Sicherheitsnormen wie ISO/TS 15066 enthalten Richtlinien für die Sicherheit kollaborierender Roboter.
• Kollaborative Roboter nutzen Sicherheitsfunktionen wie Leistungs- und Kraftbegrenzung, sicherheitsüberwachte Stopps sowie Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung.
• Die Risikobewertung ist von entscheidender Bedeutung für die Identifizierung und Eindämmung potenzieller Gefahren.
• Je nach Grad der Interaktion zwischen Mensch und Roboter werden unterschiedliche Sicherheitsstrategien eingesetzt.
• Die Robotersteuerung spielt eine wichtige Rolle bei der Implementierung von Sicherheitsfunktionen und der Überwachung von Sensoren.
• Sensoren, wie Kraft-Moment-Sensoren, Laserscanner und Bildverarbeitungssysteme, liefern wichtige Sicherheitsinformationen.
• Spezifische Sicherheitsverfahren, einschließlich Schulung und Gestaltung des Arbeitsplatzes, sind für einen sicheren Betrieb unerlässlich.
• Die Zukunft der Sicherheit in der Mensch-Roboter-Kollaboration liegt in hochentwickelten Sensoren, künstlicher Intelligenz, adaptiven Systemen und einer verbesserten Mensch-Roboter-Interaktion.
• Es kann sein, dass die Website mit den Sicherheitsinformationen vorübergehend nicht verfügbar ist oder dass sie dauerhaft auf eine neue Internetadresse umgezogen ist. Wir müssen auf solche Situationen vorbereitet sein.