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2019 | Buch

Biomechanische Grenzwerte für die sichere Mensch-Roboter-Kollaboration

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Über dieses Buch

Biomechanische Grenzwerte sind der Schlüssel für eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration. Bisher stützte sich die Robotik mehrheitlich auf Grenzwerte aus der Unfallforschung, die allenfalls Schutz vor letalen Verletzungen bieten. Roland Behrens widmet sich der Erarbeitung maßgeschneiderter Grenzwerte. Seine Empfehlungen beruhen auf Daten einer Probandenstudie, die den Schmerz- und Verletzungseintritt an unterschiedlichen Bereichen des menschlichen Körpers untersucht.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Industrielle Produktionsbetriebe durchlaufen derzeit einen technoökonomischen Wandel, geprägt von einer fortschreitenden Automation manueller Arbeit. Treiber dieser Entwicklung sind steigende Lohnkosten, während die Kosten für moderne Robotertechnik sinken. Zeitgleich erhalten Roboter neue Funktionen, die ihren Einsatz vereinfachen.
Roland Behrens
Kapitel 2. Kenntnisstand zu biomechanischen Grenzwerten
Zusammenfassung
Die Verletzungs-Biomechanik beschäftigt sich mit der Frage, welche mechanischen Belastungen ein Mensch erträgt. Seit den 1950er Jahren wurden viele Arbeiten veröffentlicht, aus denen experimentell ermittelte Grenzwerte für unterschiedliche Formen einer Verletzung und Belastung hervorgehen. Wie das nachfolgende Studium der Literatur zeigt, geht aus der Fülle von publizierten Daten kein einheitliches und vollständiges Verzeichnis hervor, das sich dazu eignet, Grenzwerte für die kollaborative Robotik abzuleiten.
Roland Behrens
Kapitel 3. Präzisierung der Zielstellung
Zusammenfassung
Aus Kapitel 2 geht hervor, dass sich die recherchierten Sekundärdaten nicht eignen, um den in Kapitel 1 skizzierten Bedarf an Grenzwerten für Stoßbelastungen vollständig und dauerhaft zu decken. Diese Situation unterstreicht die Relevanz der vorliegenden Arbeit, deren Ziel es ist, Grenzwerte für den Schmerz- und Verletzungseintritt zu erarbeiten. Als methodischen Ansatz fokussiert die Arbeit Belastungsversuche mit Probanden.
Roland Behrens
Kapitel 4. Hergang und Wirkung von Stoßbelastungen
Zusammenfassung
Die Wirkung eines Stoßes auf den Menschen unterliegt einer komplexen Interaktion aus unterschiedlichen Eigenschaften und Bedingungen. Bisher ist aus Abschnitt 2.3.1 nur ein Wirkschema bekannt, das unter Zuhilfenahme qualitativer Zusammenhänge verschiedene Basis- und Ausgangsgrößen des Stoßes einführte. Für die weitere Arbeit ist es unerlässlich, dieses Wirkschema anhand von mathematischen Modellen zu präzisieren.
Roland Behrens
Kapitel 5. Protokoll zur Durchführung einer Probandenstudie
Zusammenfassung
Das Studienprotokoll bildete das inhaltliche und methodische Grundgerüst der Arbeit und legte ihre Inhalte, Apparaturen und Abläufe fest. Aus ihm geht hervor, welche Probanden und Körperstellen für die Studie geeignet erschienen und mit welchen Abläufen und Verfahren die gesteckten Ziele erreicht wurden. Das Grundkonzept der Studie folgte dem Prinzip der Systemprovokation.
Roland Behrens
Kapitel 6. Auswertung der Studienergebnisse

Der praktische Studienteil umfasste die Durchführung von mehr als 20.000 Belastungsversuchen, aus denen gleichviele Datensätze hervorgingen. Kapitel 6 führt eine systematische Auswertung der Daten durch, welche in die Festlegung der gesuchten Grenzwerte mündet. Die Auswertung beruht mehrheitlich auf statistischen Verfahren, die sich auf die Messdaten der Teilstudien zum Schmerz- und Verletzungseintritt gleichermaßen anwenden lassen.

Roland Behrens
Kapitel 7. Diskussion der Studienergebnisse
Zusammenfassung
Die vorgestellte Studie bediente sich verschiedener Methoden und Ansätze, mit denen sich dieses Kapitel kritisch auseinandersetzt, Vor- und Nachteile beleuchtet sowie andere Arbeiten für eine Gegenüberstellung hinzuzieht. Des weiteren werden die in Kapitel 6 bestimmten Grenzwerte mit dem in Kapitel 2 erhobenen Kenntnisstand in Wissenschaft und Technik verglichen.
Roland Behrens
Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Zur Absicherung eines kollaborativen Roboters verzeichnet die technische Spezifikation ISO/TS 15066 derzeit nur verifizierte Grenzwerte für den Fall einer Klemmung. Vergleichbare Grenzwerte zum Schutz vor gefährlichen Stößen durch Roboter fehlen bislang. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, diese Lücke zu schließen.
Roland Behrens
Backmatter
Metadaten
Titel
Biomechanische Grenzwerte für die sichere Mensch-Roboter-Kollaboration
verfasst von
Dr. Roland Behrens
Copyright-Jahr
2019
Electronic ISBN
978-3-658-26996-8
Print ISBN
978-3-658-26995-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-26996-8

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