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Safety First

Cobys Tagebuch
14
vonGünther Martin

Oje, ich habe mich fast zu Tode erschrocken! Ich bin Coby, ein kollaborativer Roboter, und bin noch immer ganz entsetzt. Habe ich da gerade meinem menschlichen Kollegen auf den Daumen gehauen? Nach dem ersten Schreck war es mir megapeinlich. Denn Cobots machen sowas nicht! Was sollen meine großen Roboter-Kollegen denken, die im Käfig arbeiten müssen, um jede Berührung zwischen ihnen und dem Menschen zu vermeiden? Die sind neidisch, denn mich hat man aus dem Käfig rausgelassen, da ich mit Menschen umgehen kann und sie nicht gefährde. Komme ich jetzt auch hinter Gitter?

Au, das darf nicht passieren. Als Cobot macht man sowas nicht!


Normen geben Sicherheit

Natürlich wurde der Unfall untersucht. Ich war am Unfall nachweisbar nicht beteiligt. Es liegt mir fern, eingebildet zu sein und ich will nicht arrogant erscheinen, aber es ist doch klar, dass mir sowas nicht passieren kann. Dafür sorgen strenge Normen, die ich strikt einhalten muss: zum einen die allgemeine Maschinenrichtlinie 2006/42/EG, dann für Roboter generell die ISO 10218-1 und 10218-2 sowie speziell für Cobots noch die ISO TS 15066.

Nach der Maschinenrichtlinie müssen alle Maschinen, also auch ich, vor der Inbetriebnahme einer Risikoanalyse unterzogen werden. Es darf von Ihnen keine Gefahr für Menschen ausgehen. Obwohl ich mich bei aller Bescheidenheit für jemanden halte, der den meisten anderen Maschinen weit überlegen ist, sieht mich die Maschinenrichtlinie als unvollständige Maschine. Das klingt so, als hätte ich nicht alle beieinander und es ist auch so gemeint. Vollständig werde ich erst in meiner konkreten Arbeitsumgebung, voll ausgestattet mit der Ausrüstung, die ich benötige, um die Arbeit zu machen, die von mir erwartet wird. Da stellen sich also die Fragen:

- Mit welchen Werkzeugen, z.B. Greifer oder Schraubendreher, arbeite ich?

- Wie werden diese Werkzeuge mit Strom und gegebenenfalls Druckluft versorgt? Ist dafür ein externes Schlauchpaket notwendig, welches an meinem Roboterarm befestigt wird, und sich daraus unter Umständen sogenannte Störkontur ergeben, an denen sich mein menschlicher Kollege (oder auch ich) verheddern könnte.

- Wie sehen meine Werkstücke aus? Hantiere ich zum Beispiel mit weichen Toilettenpapier-Rollen oder scharfkantigen Blechen?

- Wie sehen meine genauen Bewegungsmuster aus, nach alle meine Einstellungen und Programmierungen fertiggestellt sind?


Das sind Punkte, die der Roboterlieferant nicht vollständig beantworten kann. Hier muss der Systemintegrator oder der Betreiber selbst eine Gefährdungsbeurteilung durchführen, die auch validiert werden muss.

Die beiden Normen DIN EN ISO 10218-1 und 10218-2 gelten für alle Roboter, einschließlich uns Cobots. Relevant für uns ist vor allem die Leistungs- und Kraftbegrenzung. Wenn, wie beim kollaborativen Betrieb, sich Berührungen mit dem Menschen nicht ganz vermeiden lassen, müssen die Kräfte auf ein ungefährliches Maß begrenzt werden.

Dank der ISO/TS 15066 weiß ich genau, was ein „ungefährliches Maß“ ist. In der Norm sind für die verschiedenen Körperregionen Grenzwerte bezüglich Kraft und Druck definiert, die im Falle einer Kollision nicht überschritten werden dürfen.


Kräfte zügeln

Um meinen Job zu machen, darf ich nicht ganz kraftlos sein. Wenn ich mit meinen Greifern etwas hebe, dann müssen die schon was aushalten. Falls es dann passieren sollte, dass ein Finger dazwischen gerät, darf nichts Schlimmes passieren. In der Arbeitssicherheit heißt das „quasi-statischer Kontakt“ oder einfacher „quetschen“. Beim Quetschen des Zeigefingers, genaugenommen seines vorderes Gelenks an der dominanten Hand – so genau ist hier die Norm – muss die Kraft unter 140 N und der Druck unter 280 N/cm2 liegen.

140 N ist die Gewichtskraft, die rund gerechnet ein 14 kg schweres Objekt auf den Boden ausübt, also ein voller Wasserkasten. Mehr Kraft darf nicht sein. Wichtig ist, wie groß die Fläche ist, auf der sich diese Kraft verteilt, je weniger desto schmerzhafter. Dies ist der Druck. Der Druck von 280 N/cm2 bedeutet, dass sich die 140 N Gesamtkraft auf wenigstens ½ cm2 verteilen, also der halbe Fingernagel. Das klingt nicht angenehm und ist es auch nicht. Aber es ist tatsächlich gerade noch kein Schmerz und schon gar keine Verletzung. Außerdem sollen natürlich zusätzlich andere Sicherheitsvorkehrungen verhindern, dass überhaupt ein Finger zwischen die Greifer gerät.

Für andere Körperteile, speziell am Kopf, sind die Werte geringer. In der Stirnmitte sind es 130 N Kraft und 130 N/cm2 Druck, d.h. ähnliche Gewichtskraft jedoch auf die doppelte Fläche verteilt. Behaglich ist auch das nicht. Mit diesem Ausflug in die Physik will ich zeigen: Wir Cobots sind keine Weicheier, wie das meine großen Roboter-Kollegen despektierlich denken. Natürlich habe ich nicht die Kraft meiner großen Kollegen. Trotzdem ist, wie bei jeder Maschine, auch bei uns Vorsicht angesagt. Selbst wenn die Kräfte so ausgelegt sind, dass sie einen Menschen nicht verletzen, dürfen sie keine ständig wiederkehrenden Belastungen sein.


Geschwindigkeitsbeschränkung

Meine großen Roboter-Kollegen machen sich auch darüber lustig, dass wir Cobots nur im Schneckentempo arbeiten. Eine Schnecke schafft 3 Meter pro Stunde, wir bewegen unsere Arme mit immerhin mit 700 bis 800 Meter pro Stunde bzw. rund 20 cm pro Sekunde. Das ist das Tempo einer flotten Schildkröte und wirkt somit zugegeben wie Zeitlupe. Dabei bin ich gar nicht so schlapp, sondern kann locker 1m und mehr pro Sekunde erreichen. Ich darf es nur nicht, zumindest dann nicht, wenn mir ein Mensch zu nahe kommt. Ich muss dann so langsam arbeiten, dass die Kräfte nicht überschritten werden, die ihn verletzten könnten. Mit ordentlich Tempo, würde das schnell passieren.

Das hängt wieder mit Physik zusammen, weil mit steigender Geschwindigkeit die Kraft im Quadrat zunimmt. Um exakt zu sein, es geht um den Impuls, der beim Aufprall eine Kraft erzeugt. Wenn ich mit 40 cm statt mit 20 cm pro Sekunde arbeite, ist der Impuls nicht doppelt so hoch, sondern viermal höher. Bei meiner Wunschgeschwindigkeit von 1m/s ist es 25 mal mehr. Da kommen mehrere tausend Newton zusammen. Natürlich halte ich beim Aufprall sofort an, aber eine Verletzung kann bei dem Tempo nicht ausgeschlossen werden. Mit der langsamen Geschwindigkeit sind alle auf der sicheren Seite.

Allerdings kann das die Produktion verlangsamen und die Taktzeiten verlängern. Meinen menschlichen Kollegen kann es schon mal nerven, wenn ich so langsam bin und bei der Zuarbeit nicht nachkomme. Moderne Cobots wie ich haben hierfür eine Lösung. Solange niemand in der Nähe ist, arbeite ich mit ordentlich Tempo, also so mit 120 bis 150 cm pro Sekunde. Mit Abstandssensoren überwache ich ständig den Abstand zum Menschen und fahre meine Geschwindigkeit in Stufen bis auf ein ungefährliches Maß herunter, sobald wir uns näher kommen. Kommen wir uns zu nah, dann stoppe ich, noch bevor es zur Kollision kommt. Die Sensorik dafür ist natürlich redundant ausgelegt. So lässt sich die Arbeit sowohl zügig als auch sicher erledigen und meine großen Roboter-Kollegen haben nichts mehr zu lästern.