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Mensch- Roboter-Kollaboration

Cobots als Beschäftigte
Mensch- Roboter-Kollaboration

Mensch-Roboter-Kollaboration
© ABB
Dr. Joerg Hensiek
Mitar­bei­t­ende, die über nahezu end­lose Kraft, Genauigkeit und Aus­dauer ver­fü­gen, kann man sich eigentlich nur wün­schen – zumin­d­est für bes­timmte Tätigkeit­en sind sie zweifel­los eine Top-Beset­zung. Der Hak­en: Diese Eigen­schaften sind nicht men­schlich, son­dern zeich­nen Robot­er aus. Doch was ist zu beacht­en, wenn ein Cobot „eingestellt“ wird? Welchen Sicher­heit­san­forderun­gen müssen kol­la­bori­erende Robot­er genü­gen, damit Men­sch und Mas­chine eng und gefahr­los zusam­me­nar­beit­en kön­nen? Um diese Fra­gen dreht sich das Spezial in dieser Ausgabe.

Indus­trier­o­bot­er, die sich einen Arbeit­sraum ohne tren­nende Schutzein­rich­tun­gen mit Men­schen teilen und mit ihnen zusam­me­nar­beit­en (kol­la­bori­eren), beze­ich­net man als kol­lab­o­ra­tive Robot­er oder kurz Cobots (Kurz­form von Kol­lab­o­ra­tion und Robot­er). Die enge Zusam­me­nar­beit von Men­sch und Robot­er an einem Arbeit­splatz wird in Deutsch­land vor allem als Men­sch-Robot­er-Kol­lab­o­ra­tion (MRK) beze­ich­net. Zweck dieser Koop­er­a­tion soll nicht sein, dass der Robot­er die Arbeit des Men­schen kün­ftig voll­ständig übern­immt, son­dern dass die speziellen Fähigkeit­en von Men­sch und Robot­er opti­mal miteinan­der verknüpft wer­den: Robot­er besitzen Kraft, Genauigkeit und end­lose Aus­dauer, während der men­schliche Kol­lege mit seinen geisti­gen Kom­pe­ten­zen und Erfahrun­gen den Arbeit­sprozess voranbringt. 

Überschaubares Unfallgeschehen

Für den Arbeitss­chutz erscheint eine solche Koop­er­a­tions­form als eine gigan­tis­che Her­aus­forderung. Denn früher war die Arbeit von Indus­trier­o­bot­ern nur durch Schutzgit­ter getren­nt von den men­schlichen Arbeit­ern denkbar. Die teil­weise großen Befürch­tun­gen bei Aufhe­bung dieser Gren­zen erwiesen sich aber erst ein­mal als unbe­grün­det: Die Men­sch-Robot­er-Kol­lab­o­ra­tion ist – zumin­d­est bis­lang – kein Unfallschw­er­punkt. Dies hat zum einen damit zu tun, dass aktuell lediglich leichte und kleine Maschi­nen hier­für im Ein­satz sind. Zum anderen haben die Unternehmen, die kol­la­bori­erende Robot­er in den ver­gan­genen Jahren einge­führt haben, die Sicher­heit­san­forderun­gen sehr gewis­senhaft umgesetzt.

Hinzu kommt: Einge­set­zt wer­den Cobots bis­lang vor­wiegend in der Mon­tage oder Ver­pack­ung, für Arbeitsvorgänge wie Schraub- und Kle­bear­beit­en, Palet­tieren, Etiket­tieren und die Qual­ität­skon­trolle – also Prozesse von eher geringer Gefährdung. Die Zusam­me­nar­beit zwis­chen Men­sch und Mas­chine ist auch nicht ganz so eng, wie oft gedacht. Der Robot­er legt ein Bauteil auf einem Werk­tisch ab. Erst wenn sich der Robot­er­arm vom Werk­tisch ent­fer­nt hat, übern­immt der Mitar­beit­er das Teil. Nach­dem er es händisch bear­beit­et hat, platziert er das fer­tige Bauteil wieder auf dem Werk­tisch. Von dort greift es der Robot­er mit genü­gend zeitlichem Abstand erneut auf, um es in die Ver­pack­ung­sein­heit­en zu befördern.

Eine Unfall­sta­tis­tik speziell zu kol­la­bori­eren­den Robot­ern gibt es (noch) nicht. Die Experten des Insti­tuts für Arbeitss­chutz (IFA) der DGUV sprechen von einem „tolerier­baren Ver­let­zungsniveau“. Im Bere­ich der Robotik im weitesten Sinne – dies schließt automa­tis­che Maschi­nen und Fer­ti­gungsstraßen auf­grund der speziell bei Werkzeug­maschi­nen mit­tler­weile weit­ge­hend „robo­t­isierten“ Arbeitsweise mit ein – gab es zwis­chen 2016 und 2020 mehr als 2.000 Unfälle. Bei den eigentlichen Indus­trier­o­bot­ern waren es 771, wovon drei einen tödlichen Aus­gang für einen Mitar­bei­t­en­den hatten.

Dabei ist ein Restrisiko für Kol­li­sio­nen nie ganz auszuschal­ten. Schwere Unfälle gab es in der bish­eri­gen „Exper­i­men­tier­phase“ mit kol­la­bori­eren­den Robot­ern bis­lang kaum. Die weni­gen schw­eren Unfälle, die sich bis dato in Deutsch­land ereigneten und öffentlich bekan­nt gewor­den sind – ein­er davon mit tödlichem Aus­gang – ereigneten sich während Wartungs- und Reparat­u­rar­beit­en. Sie waren offen­bar auss­chließlich Folge men­schlich­er Fehler. Auch wenn das Gefährdungspoten­zial von Cobots im Ver­gle­ich zu großen Indus­trier­o­bot­ern also rel­a­tiv ger­ing ist, so sind die Gefahren groß genug, um im ungün­sti­gen Fall Men­schen schw­er zu ver­let­zen oder sog­ar zu töten. Um das Risiko so niedrig wie möglich zu hal­ten, müssen eine Rei­he von Schutz­maß­nah­men durch Her­steller, Betreiber und Beschäftigte beherzigt wer­den. Grund­sät­zlich lässt sich zwis­chen den tech­nis­chen Schutz­maß­nah­men des Her­stellers, den arbeit­sor­gan­isatorischen und arbeits­gestal­ter­ischen Maß­nah­men des Betreibers sowie den Schutz­maß­nah­men, welche die Beschäftigten selb­st beacht­en und umset­zen müssen, unterscheiden.

Schutzpflichten von Herstellern und Betreibern

Die Cobots sind rechtlich nicht exakt definiert. Im indus­triellen Umfeld müssen sie die Anforderun­gen erfüllen, die auch für alle anderen Indus­trier­o­bot­er gel­ten. Die Her­steller müssen zer­ti­fizieren lassen, dass die Sicher­heits­funk­tio­nen die nor­ma­tiv­en Anforderun­gen erfüllen. Zu einem Gesamt­sys­tem gehört, wie bei jed­er Mas­chine, immer eine Risikobeurteilung und eine entsprechende CE-Kennze­ich­nung; dieses kann auch durch den Her­steller (oder einen Inte­gra­tor beziehungsweise Liefer­an­ten) erfolgen.

Womit ein Cobot hantieren darf

Der Betreiber des Cobots, also der Unternehmer, ist in der oben beschriebe­nen „Schutzkette“ aber wohl das wichtig­ste Glied. Seine Ver­ant­wor­tung begin­nt bere­its vor Betrieb­sauf­nahme, wie Jan Zim­mer­mann, Experte aus der Abteilung für Unfall­präven­tion des IFA, erläutert: „Häu­fig wird der Cobot als unvoll­ständi­ge Mas­chine verkauft, sodass der Betreiber zunächst ein­mal nach­weisen muss, dass er den Robot­er richtig einge­baut hat und die Sicher­heits­funk­tio­nen funk­tion­ieren.“ Der Betreiber muss jedoch vor allem die Arbeit mit dem Cobot im Unternehmen so organ­isieren, dass Beschäftigte nicht gefährdet wer­den kön­nen. Hier­für müssen alle rel­e­van­ten Nor­men und Geset­ze umge­set­zt beziehungsweise zumin­d­est ein Schutzkonzept real­isiert wer­den, was für die Mitar­bei­t­en­den den von den Regel­w­erken geforderten Sicher­heits­stan­dard garantiert. Die tech­nis­che Her­aus­forderung für den Arbeit­ge­ber ist es, die richti­gen Bauteile und Werkzeuge für den Cobot auszuwählen. Scharfe und eck­ige Kan­ten sowie ätzende und heiße Sub­stanzen sind von ihm eben­so zu mei­den wie der Ein- und Anbau von Schnei­dew­erkzeu­gen oder spitzen und heißen Werkzeu­gen (zum Beispiel Lötvorrichtungen).

Ergonomische Aspekte

Beson­ders wichtig in der Zusam­me­nar­beit mit dem Robot­er sind ergonomis­che Gesicht­spunk­te. Keines­falls darf die Arbeit den Beschäftigten Prob­leme für Muskeln und Skelett bere­it­en. Um der­ar­tige Belas­tun­gen zu ver­hin­dern, muss der Arbeit­ge­ber den Robot­er richtig positionieren.

Zwei Punk­te sind hier­bei zu beacht­en: Zum einen muss ein angemessen­er Abstand zwis­chen Men­sch und Mas­chine einge­hal­ten wer­den. Zum anderen sollte der Robot­er ger­ingfügig unter Augen­höhe des Mitar­beit­ers ange­bracht wer­den. Eine Anbringung über dem Kopf oder hin­ter der Posi­tion des Beschäftigten sollte ver­mieden werden.

Kollisionsauswirkungen reduzieren

Hin und wieder kann es trotz aller Vor­sicht­maß­nah­men zu Kol­li­sio­nen zwis­chen Mas­chine und Men­sch kom­men. Neben der im Infokas­ten „Tech­nis­che Eigen­schaften“ beschriebe­nen Gewicht­sre­duzierung des Robot­ers muss der Unternehmer zur Min­imierung der gesund­heitlichen Fol­gen für den Beschäftigten ins­beson­dere alle rel­e­van­ten medi­zinis­chen und bio­mech­anis­chen Schwellen­werte berück­sichti­gen. Mit diesen wis­senschaftlich ermit­tel­ten Schmerz- und Ver­let­zungs­gren­zw­erten für jeden Kör­per­bere­ich kann das Unternehmen auch die Effek­te der Stoß‑, Klemm‑, Quetsch- und Druck­kräfte genauer ein­schätzen, die durch die tech­nis­chen Ein­stel­lun­gen des Robot­ers auf den Arbeit­nehmer im Kol­li­sions­fall ein­wirken – und dementsprechend präven­tive Sicher­heitsvorkehrun­gen treffen.

Optimale Roboterprogrammierung

Eine der wichtig­sten präven­tiv­en Sicher­heitsvorkehrun­gen ist die Pro­gram­mierung des Robot­ers. Damit kann das Unternehmen gewis­ser­maßen das Ver­hal­ten des Cobots steuern. Hierzu zählt vor allem die Geschwindigkeit der Roboter­be­we­gun­gen. In der Regel wer­den diese allein schon aus Vor­sicht langsamer eingestellt, als für den Robot­er tech­nisch leist­bar wäre. Auch die möglichst gle­ich­mäßige und daher für den Arbeit­nehmer oder die Arbeit­nehmerin bess­er berechen­bare Beschle­u­ni­gung der Robot­er­arme lässt sich im Vor­feld im Zusam­men­hang mit der Robot­ergeschwindigkeit ein­stellen. Darüber hin­aus ist es auch möglich, für bes­timmte Arbeit­sprozesse, die in höher­er Geschwindigkeit aus­ge­führt wer­den müssen – etwa Schrauben- oder Hebevorgänge –, Sicher­heitsmech­a­nis­men zu pro­gram­mieren. Damit der Robot­er nicht die Schrauben mit den Hän­den und Armen der kol­la­bori­eren­den Per­son ver­wech­selt, muss entwed­er die Sen­sorik der Mas­chine so genau eingestellt wer­den, dass der Robot­er eigen­ständig ein Bauteil oder Werkzeug erken­nt und diese von men­schlichen Kör­perteilen unter­schei­den kann, oder aber die Mitar­bei­t­en­den selb­st müssen größere Beschle­u­ni­gun­gen des Robot­ers durch einen Schal­ter manuell ein­stellen kön­nen. Schließlich muss durch Laser- und Radare­in­stel­lung gesichert sein, dass der Cobot generell die nöti­gen Sicher­heitsab­stände einhält.

Grundlage für Sicherheit gelegt

Ein weit­eres wichtiges The­ma für den Betreiber ist die Aus­bil­dung und kon­tinuier­liche Schu­lung der Beschäftigten, die mit dem Robot­er arbeit­en oder zumin­d­est in dessen unmit­tel­barem Umfeld ihrer Beschäf­ti­gung nachge­hen. Inwiefern für die Men­sch-Robot­er-Kol­lab­o­ra­tion auch in Zukun­ft nur leichte und daher unge­fährlichere Maschi­nen einge­set­zt wer­den, lässt sich heute noch nicht abschätzen. Auf viele rechtliche Fra­gen gibt es immer noch keine verbindlichen Antworten, so beispiel­sweise, wen im Falle eines Unfalls die Ver­ant­wor­tung und damit die Haf­tung trifft? Eventuell sog­ar den Roboter?

Abschließend lässt sich aber fest­stellen, dass die Grund­vo­raus­set­zun­gen für eine sichere Zusam­me­nar­beit zwis­chen Men­sch und Robot­er aus Sicht von Experten (erst ein­mal) gelöst zu sein scheinen. Jan Zim­mer­mann meint: „Ein sicher­er Betrieb ist im aktuellen Recht­srah­men, also unter anderem durch die Maschi­nen­richtlin­ie und die Betrieb­ssicher­heitsverord­nung, möglich.“ Eine Nachjustierung des Geset­zge­bers erscheint den Experten des IFA daher zurzeit nicht notwendig.


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  • Wir ste­hen noch ganz am Anfang: Drei Fra­gen an Frank Breuer, der im Bere­ich „Arbeits­gestal­tung – Demografie“ des Insti­tuts für Arbeit und Gesund­heit (IAG) die Fachge­bi­ete Elek­trotech­nik und Beleuch­tung betreut, zum Sinn und Nutzen der Men­sch-Robot­er-Kol­lab­o­ra­tion (MRK) im All­ge­meinen und zur neuen Anlage zu Demon­stra­tionszweck­en im Speziellen.
  • Aha-Erleb­nisse für die sichere Zusam­me­nar­beit: Men­sch-Robot­er-Kol­lab­o­ra­tio­nen müssen nicht nur tech­nisch ein­wand­frei funk­tion­ieren, son­dern auch die Sicher­heit und Gesund­heit der Mitar­bei­t­en­den gewährleis­ten. Am Insti­tut für Arbeit und Gesund­heit (IAG) der Deutschen Geset­zlichen Unfal­lver­sicherung (DGUV) in Dres­den ver­mit­teln Präven­tions­fach­leute das dazu notwendi­ge Wis­sen. Seit Kurzem kön­nen sie die ver­schiede­nen Nutzungsszenar­ien am Beispiel ein­er MRK-Anlage demon­stri­eren, die das Fre­italer Unternehmen EKF Automa­tion GmbH speziell zu diesem Zweck gebaut hat.
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