Mit Pilz für sichere Kollisionen sorgen

Am Anfang des CE-Prozesses steht die Risikobeurteilung. Zu den Inhalten zählen die Bestimmung der Grenzen der Maschine, die Ermittlung sämtlicher Gefahren innerhalb jeder ihrer Lebensphasen, die eigentliche Risikoeinschätzung und -beurteilung sowie die empfohlene Herangehensweise zur Reduzierung des Risikos. Die Herausforderung bei schutzzaunlosen Roboterapplikationen besteht darin, dass sich die Grenzen der beiden Arbeitsbereiche von Mensch und Maschine auflösen. Zusätzlich zu den Gefahren, die vom Roboter ausgehen, müssen die Bewegungen des Menschen berücksichtigt werden. Diese sind jedoch nicht immer kalkulierbar in Hinsicht auf Geschwindigkeit, Reflexe oder plötzlichen Zutritt zusätzlicher Personen.

Auf Basis der Risikobeurteilung entsteht maßgeschneidert das Sicherheitskonzept sowie die Systemintegration und letztlich die Validierung. In der anschließenden Validierung werden die vorangegangenen Schritte nochmals reflektiert. Im Gegensatz zur Risikobeurteilung wird bei der Validierung jede Gefahrenstelle mit Schutzmaßnahmen betrachtet. Für die Validierung sind unterschiedliche Methoden anzuwenden, darunter optische Kontrollen, praktische Tests und Messungen. Insgesamt muss der Systemintegrator über 200 Punkte validieren.

Berühren ja – verletzen nein

Kollisionen können auf verschiedene Arten abgemildert werden: Durch konstruktive Maßnahmen wie Abrunden der Kanten und Ecken, Polsterungen oder möglichst große Kontaktflächen, um die Kraft auf der Fläche zu verteilen. Oder aber durch technische Schutzmaßnahmen, wie zum Beispiel die Reduzierung der Dynamik der Roboterbewegungen oder Anpassungen der Roboterbahn, um Kollisionen mit besonders sensiblen Köperregionen zu vermeiden. Auch Schulungen der Mitarbeiter können helfen, das Verletzungsrisiko zu verringern.

Letztlich muss aber zwingend durch ein Messverfahren ermittelt werden, ob die möglichen Kollisionen sicherheitstechnisch unbedenklich sind. Im Anhang A der Technischen Spezifikation ISO/TS 15066 wird ein Körpermodell mit 29 spezifischen, in zwölf Körperregionen eingeteilten, Köperbereichen aufgeführt. Das Körperzonenmodell macht zu jedem Körperteil, beispielsweise am Kopf, an der Hand, am Arm oder am Bein, eine Angabe zu den jeweiligen Belastungsgrenzwerten – den Schmerzschwellenwerten – mit Blick auf Kraft und Druck. Bleibt die Anwendung während einer Begegnung zwischen Mensch und Roboter innerhalb dieser Grenzen, so ist sie normenkonform.

Kollisionsmessung gemäß ISO/TS 15066

Für diese spezielle Messung von Kraft und Druck hat Pilz ein Kollisionsmessgerät entwickelt. Das mit Federn und entsprechenden Sensoren ausgestattete Gerät misst die auf den menschlichen Körper einwirkenden Kräfte exakt und vergleicht sie mit den Grenzwerten. Es wird dafür zwischen dem Roboterarm und einem steifen, unnachgiebigen Untergrund an jenen Positionen installiert, die bei der Risikobeurteilung ermittelt wurden. Über eine Software wird die Messung gestartet und die Daten werden anschließend verarbeitet sowie dokumentiert. Der höchste Wert, also der „worst case“, wird für die Validierung herangezogen. Wenn die Grenzwerte überschritten werden, muss die Dynamik des Roboters reduziert werden oder es müssen zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen wie etwa Lichtgitter oder eine trennende Schutzeinrichtung installiert werden.

Den einen sicheren Roboter oder die eine sichere Sensorik, die alle möglichen Fälle aus den Anwendungen hinsichtlich der Sicherheit abdeckt, gibt es zumindest bislang nicht. Die Anforderungen an die Sicherheitstechnik hängen stets von der jeweiligen Applikation ab. Letztlich ist eine sichere MRK-Applikation also das Ergebnis des Zusammenspiels normativer Rahmenbedingungen, einer darauf aufbauenden komplexen Risikoanalyse, der Auswahl eines Roboters mit den entsprechenden Sicherheitsfunktionen, der Auswahl der passenden, zusätzlichen Sicherheitskomponenten und schließlich der Validierung. ik

Weitere Informationen zu den Lösungen von Pilz für die Robotik: