Pilz - Sichere Automatisierung Mensch-Roboter-Kollaboration wird sicher

Die Effizienz von Roboterapplikationen steigt, je enger Mensch und Maschine zusammenarbeiten können. Gleichzeitig stellt dies aber auch höhere Anforderungen an die Sicherheit.
Die Effizienz von Roboterapplikationen steigt, je enger Mensch und Maschine zusammenarbeiten können. Gleichzeitig stellt dies aber auch höhere Anforderungen an die Sicherheit.

Es gibt mittlerweile Industrieroboter, die keinen Käfig mehr brauchen und dem Menschen als Quasi-Kollegen zur Hand gehen. Sie erfordern aber differenziertere Safety-Maßnahmen als Roboter, die vom Menschen abgeschottet bleiben - inklusive eigener sicherheitstechnischer Betrachtung für jede Anwendung.

Die Effizienz von Roboter-unterstützten Arbeitsprozessen steigt, je enger Mensch und Maschine zusammenarbeiten können. Neben den klassischen, komplett umhausten Roboterzellen sind daher zunehmend Mensch-Roboter-Kollaborationen (MRK) gefragt. Sie müssen möglichst ohne trennende Schutzeinrichtungen auskommen, aber die Sicherheit des Menschen muss dennoch gewährleistet sein. Wer die MRK in die Praxis umsetzen will, steht also vor neuen Herausforderungen an die sicherheitstechnische Betrachtung und die eingesetzten Technologien.

Bei der MRK teilen sich im Idealfall Mensch und Roboter einen gemeinsamen Arbeitsraum. Dies erzeugt Synergien und damit Produktivitätsvorteile, indem die Stärken der Maschine wie Zuverlässigkeit, Ausdauer und Wiederholgenauigkeit mit den Stärken des Menschen, also Geschicklichkeit und Flexibilität, kombiniert werden. Die Arbeitsräume von Mensch und Roboter überschneiden sich dann räumlich und zeitlich.

Für die MRK werden Leichtbauroboter eingesetzt, die Lasten von etwa 10 kg bewegen können. Als Service-Roboter sollen sie Menschen bei körperlich belastenden oder monotonen Arbeiten zur Hand gehen. Typische Einsatzgebiete sind »Pick-and-Place«-Applikationen, das Handling zwischen verschiedenen Produktionsschritten oder »Follow-the-Line«-Anwendungen, bei denen der Roboter eine vorgeschriebene Bewegungsbahn exakt ausführen muss, etwa beim Nachfahren einer Kontur oder bei Klebearbeiten.

Die scheinbar unbegrenzten Möglichkeiten der MRK bedeuten in puncto Sicherheit jedoch ganz neue Herausforderungen. Denn klassisch schafft man in der Industrie Sicherheit, indem man Maschinen und Anlagen mit verschiedenen mechanischen Schutzeinrichtungen umgibt. Daher steigt die Nachfrage nach Robotersystemen mit flexibleren Sicherheitsfunktionen, die den Schutzanforderungen der MRK entsprechen.

Kollision als mögliches Szenario

Für detaillierte Sicherheitsanforderungen stehen die beiden C-Normen EN ISO 10218 »Safety of Industrial Robots«, Teil 1: »Robots« und Teil 2: »Robot systems and integration«, zur Verfügung. Die Normen sind im Amtsblatt der EU gelistet und haben somit Konformitätsvermutung. Das bedeutet, dass bei Anwendung der Normen die spezifischen Anforderungen der Richtlinien ebenfalls erfüllt werden.

Unterstützung in der praktischen Umsetzung soll künftig die Technische Spezifikation ISO/TS 15066 »Robots and Robotic Devices - Collaborative industrial robots« bieten. Als Mitglied im entsprechenden internationalen Normengremium arbeitet Pilz, Komplettanbieter für die sichere Automatisierung, bei der Ausgestaltung der ISO/TS 15066 aktiv mit Roboterherstellern, Integratoren, Prüfstellen (notified bodys, wie BG) und anderen Automatisierungs-Unternehmen zusammen.

Wesentliches Unterscheidungsmerkmal zwischen »klassischen«, umhausten Roboterapplikationen und MRK ist, dass Kollisionen zwischen Maschine und Mensch ein reales Szenario sein können. Sie dürfen jedoch nicht zu Verletzungen führen.

Im Anhang der Technischen Spezifikation (TS) wird ein Körperzonenmodell aufgeführt. Das Körperzonenmodell macht zu jedem Körperteil (z.B. am Kopf, an der Hand, am Arm oder am Bein) eine Angabe zu den jeweiligen Kollisionsgrenzwerten. Bleibt die Anwendung während einer Begegnung zwischen Mensch und Roboter innerhalb dieser Grenzen, so ist sie normenkonform. Nach der Veröffentlichung der ISO/TS15066 lassen sich diese Schmerzschwellenwerte dann zur Validierung einer sicheren MRK heranziehen.