Sicherheit an kollaborierenden Robotern / 2.2 Schutzvorkehrungen durch den Betreiber

Das Unternehmen, welches kollaborierende Roboteranlagen betreibt, trägt Verantwortung für die Sicherheit seiner Mitarbeiter, indem es Aspekte beachtet wie

• Arbeitsplatzgestaltung und Arbeitsprozessgestaltung,
• ergonomische Merkmale der Roboterarbeitsplätze,
• Orientierung an Schwellenwerten für Verletzungsgefahren je Körperregion sowie
• konkrete Auslegung der Roboterprogrammierung.

In arbeitsorganisatorischer Hinsicht ist die Sicherheit und Gesundheit des Menschen im Rahmen der Arbeitsplatzgestaltung zu gewährleisten. Dabei sind alle relevanten Gesetze und Normen zu beachten (hierauf wird in einem späteren Absatz gesondert eingegangen).^[1] Außerdem muss sich der Betreiber über eine produktive Nutzung der kollaborierenden Roboter Gedanken machen, weil ansonsten deren Einsatz wirtschaftlich nicht sinnvoll erscheint.

Aus prozessorientierter Sicht werden Sicherheitsaspekte wesentlich beeinflusst durch die Bauteileauswahl. Bauteile mit scharfen Kanten oder heißen Oberflächen sind grundsätzlich nicht für kollaborierende Roboter geeignet. Gleiches gilt für Bauteile, die Flüssigkeiten enthalten, die auslaufen könnten, etwa warme oder ätzende Substanzen. Dies begründet sich darin, dass eine falsche Zuführung durch den Roboter an den Menschen nicht ausgeschlossen werden kann und somit Verletzungsgefahr besteht.

Der gleiche Ansatz gilt für die Werkzeugauswahl. So sind etwa Schneidewerkzeuge ungeeignet, weil diese, ähnlich wie scharfkantige Bauteile, den Mitarbeiter verletzen können. Ebenso sollten keine spitzen oder heißen Werkzeug, z. B. Lötvorrichtungen, am Roboter angebracht werden. Zudem hat die Bauteile- und Werkzeugauswahl großen Einfluss auf die bewegten Massen und somit potenziellen Kräfte, die durch das Gewicht der Bauteile und Werkzeuge bei Bewegungen durch den Roboter ausgehen. Durch leichte Bauteile und leichte Werkzeuge kann das Verletzungsrisiko grundsätzlich gesenkt werden. Die Gewichte der zu bewegenden Bauteile sollten dabei 15 kg nicht übersteigen, um die (Gesamt-)Kollisionsmassen gering zu halten.^[2]

Es gilt, dass Sicherheitsaspekte immer einzelfallspezifisch zu prüfen sind, und zwar für alle Werkzeug- und Werkstückkombinationen. Jede spätere Änderung in den Arbeitsprozessen erfordert eine wiederholte Prüfung auf sicherheitskritische Merkmale.

In ergonomischer Hinsicht dürfen bei der Arbeit mit kollaborierenden Robotern keine Einschränkungen oder gar Störungen der menschlichen Wahrnehmung verursacht werden. Der Mensch soll sich ganz auf seine Arbeit konzentrieren können und keine Aufmerksamkeit dafür aufwenden, dem Roboter zu misstrauen. Ein wesentlicher Ansatzpunkt zur Erreichung dieses Ziels liegt in einer sinnvollen Positionierung des Roboters. Dabei soll ein angemessener Abstand zwischen Robotersystem und Mensch gewählt werden^[3] und der Roboter sollte idealerweise vor dem Menschen in Augenhöhe oder leicht darunter angebracht sein. Eine Positionierung hinter dem Mensch oder über dem Kopf ist hingegen nicht empfehlenswert.^[4]

Ein weiterer Faktor ist die Orientierung an Schwellwerten für Verletzungsgefahren je Körperregion. Hierunter ist zu verstehen, dass der Mensch unterschiedlich empfindlich ist, je nachdem, an welchem Körperteil er (unbeabsichtigt) getroffen wird und wie stark die Berührung ausfällt. Wenn es zu einer unbeabsichtigten Kollision zwischen Mensch und Roboter kommt, gilt es die Auswirkungen weitestmöglich zu reduzieren. Aus der medizinischen und biomechanischen Forschung gibt es definierte Grenzwerte, an denen sich die Betreiber kollaborierender Robotersysteme orientieren müssen. Diese von Arbeitsmedizinern definierten Schmerz- und Verletzungsgrenzwerte je Körperbereich umfassen Kriterien für Stoß-, Klemm- und Quetschkräfte sowie Druck- und Flächenpresskräfte. Mit sog. "biofidelen Messgeräten" – dies sind Prüfvorrichtungen, die menschliche Körperteile für Kollisionsprüfungen simulieren – werden einwirkende Kräfte ermittelt und eventuelle Risiken bei kritischen Kollisionsvorgängen beurteilt. Als Beanspruchungskriterien gelten die maximale Kollisionskraft und der dabei lokal auf einzelnen Körperteilen entstehende maximale Druck, der jeweils für dynamische und quasi-statische Kollisionen gemessen wird. Daraus kann abgeleitet werden, ob gröbere Verletzungen für den Menschen bei einer Kollision auftreten oder ob eine, eventuell als unangenehm empfundene Berührung keine Schäden hinterlässt.

Zuletzt kann die Roboterprogrammierung – im Rahmen ihrer technischen Grenzen – so ausgelegt werden, dass durch sie die präventive Sicherheitsvorkehrung des Robotersystems weiter ausgebaut wird. Zunächst fällt hierunter eine relativ langsame Auslegung der Geschwindigkeit von Roboterbewegungen. Oftmals wird diese in der Praxis als weniger schnell ausgelegt, als der Roboter technisch in der Lage wäre. Der Mensch sollte nicht das Gefühl haben, auf den Roboter lange warten zu müssen – schon allein, weil dies nicht im Sinne einer produktiven Nutzung des Roboters wäre –, aber er darf auch nicht von der Schnelligkeit de...