Roboter – sichere Helfer des Menschen

Forschung und Entwicklung im Geschäftsfeld Robotersysteme

Bestimmung verifizierter Grenzwerte für die sichere Mensch-Roboter-Kollaboration

© Fraunhofer IFF

In naher Zukunft werden sich Menschen und Roboter immer häufiger einen gemeinsamen Arbeitsraum teilen und oftmals Hand in Hand zusammenzuarbeiten. Generell muss dabei die biomechanische Beanspruchung des Menschen im Kontaktfall auf ein tolerables Maß sicher beschränkt werden, der Mensch darf nicht verletzt werden.

Die Berufsgenossenschaft, aber auch MRK- Anwender und Roboterhersteller sind sich einig, dass im Falle des Fehlverhaltens des Menschen oder bei technischen Fehlfunktionen die Belastungsgrenze für den Menschen nicht über eine unbedenklichen Bagatellverletzung hinausgehen darf. Zu diesen Verletzungen zählen überwiegend leichte Schwellungen oder Hämatome, jedoch keine Verletzung der Oberhaut wie bspw. eine leichte Schürfwunde. Des weiteren wird ein mittelstarker Schmerz als weiterer Grenzwert definiert. Bisher liegen aus der Sicht des Arbeitsschutzes keine verifizierten Grenzwerte vor, mit denen eine tolerable Beanspruchung des Menschen bei einer Kollision mit einem Roboter nachgewiesen werden kann.

Das Fraunhofer IFF hat eine Versuchseinrichtung mit einem Pendel entwickelt, die mit Zustimmung der zuständigen Ethikkommission erstmalig Kollisionsversuche mit Probanden erlaubt, diese Belastungsgrenzen zu bestimmen. In enger Zusammenarbeit mit Ärzten der Otto-von-Guericke-Universitätsklinik werden Probanden an ausgewählten Körperbereichen mit Stößen unterschiedlicher Energie systematisch beaufschlagt. Während der Untersuchung eines Probanden werden die Pendelmasse, die Kollisionsgeschwindigkeit und die Geometrie des Stoßkörpers variiert. Jede Untersuchung ist abgeschlossen, sobald eine der als tolerabel eingestuften Beanspruchungen bzw. mittelstarker Schmerz auftritt.

Die bei den Probandenversuchen ermittelten Belastungswerte wie Kraft, Druck oder Stoßenergie lassen sich anschließend für die Festlegung verifizierter Grenzwerte verwenden. Das Fraunhofer IFF schafft damit einen wichtigen Beitrag bei der Definition verifizierter Belastungsgrenzwerte, deren zukünftiger Nutzen zudem weit über die Mensch-Roboter-Kollaboration hinausgeht.

Die Ergebnisse sollen in die international relevanten Normen einfließen und die maximale Belastungsgrenze bei der Mensch-Roboter- Kollaboration definieren.