Leichte und mobile Roboter – hier das System Annie am IFF – stehen bereit, um mit Menschen Hand-in-Hand zu arbeiten.
Fraunhofer IFF
Die Montage befindet sich im Umbruch: Kleine, kostengünstige Leichtbauroboter können mit den Werkern Hand-in-Hand arbeiten und ermöglichen auch mittelständischen Unternehmen Automatisierungen, die bisher unwirtschaftlich waren. Aber was, wenn die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine versagt? Forscher des Fraunhofer Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) in Magdeburg haben nun diese Schnittstelle im Auftrag der Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM) genau unter die Lupe genommen. In einem Forschungsprojekt wurden Grenzwerte für Kraft und Druck ermittelt, die im Falle eines Kontakts zwischen Mensch und Roboter die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine sicher und ohne Unfall oder Beeinträchtigung der Gesundheit sicherstellen.
Die sichere Kooperation und die Interaktion zwischen Mensch und Roboter ist im IFF ein zentrales Thema. Im vergangenen Jahr wurden nach Institutsangaben mehr als 10.000 Versuche an 20 Probanden durchgeführt. Die Ethik-Kommission der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg hatte den Versuchen zugestimmt. "Es war uns wichtig, die Studie vor allem mit Personen durchzuführen, die auch tatsächlich in der Industrie arbeiten und damit der ‚Zielgruppe‘ von Mensch-Roboter-Kollaborationen entsprechen", sagt Springer-Autor Norbert Elkmann, Leiter des IFF-Geschäftsfeldes Robotersysteme. In "Produktion und Logistik mit Zukunft", herausgegeben von Michael Schenk, stellt Elkmann zusammen mit anderen solche "Arbeitssysteme der Zukunft" im Detail vor.
Vorab wurde bei allen Teilnehmern ein kompletter Gesundheitscheck durchgeführt. Die Versuche erfolgten anhand einer dynamischen Kontaktierung der Probanden mit einem schwingenden Pendel: Durch eine schrittweise Vergrößerung der Geschwindigkeit stellten die Fachleute fest, ab wann die Teilnehmer ein erstes Schmerzempfinden bei der Kollision mit dem Pendel verspürten. "Während der Untersuchung haben wir die Stoßenergie des Pendels ausgehend von einem sehr niedrigen Niveau in kleinen Schritten erhöht, bis der Proband den durch die Kollision mit dem Pendel mechanisch induzierten Reiz als Druck oder leichten Schmerz wahrnahm", erklärt Roland Behrens, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IFF und Projektleiter der Studie. Geschah dies, wurde die Pendelmasse auf einen kleineren Wert reduziert und mit gleicher Geschwindigkeit fortgesetzt. Verletzungen konnten somit definitiv ausgeschlossen werden. Anhand der Forschungsergebnisse erstellt nun die BGHM eine Tabelle, die zur Beratung der Betriebe zur Verfügung gestellt wird.
Grenzwerte für Sicherheit und Gesundheit
Planen Unternehmen die Einführung einer MRK, wird nachgemessen: Welche Geschwindigkeit und welcher Druck des Roboters auf den Körper (Ausschluss von Hals und Kopf) des Beschäftigten ist akzeptabel? Wird dieser Wert im Vergleich mit den ermittelten Grenzwerten überschritten, muss die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters verringert, ein Greifer umkonstruiert oder mit dämpfenden Materialien eingehüllt werden. "Die Forschungsergebnisse sind auf alle kollaborierenden Robotersysteme anwendbar", sagt Matthias Umbreit, Experte für Robotik in der BGHM. "Und der Markt dafür wird wachsen! Die BGHM hat mit dieser Forschungsförderung die Ermittlung entscheidender Grenzwerte für Sicherheit und Gesundheit bei der Mensch-Roboter-Kollaboration ermöglicht. "
Neuer Arbeitskreis Mensch und Leichtbauroboter
Viele Firmen sehen das Potenzial dieser neuen Assistenzroboter, können aber noch nicht alle Chancen und Risiken für ihr Unternehmen abschätzen. Das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) ruft daher einen Arbeitskreis "Mensch und Leichtbauroboter in der Montage für Einsteiger" ins Leben, in dem Unternehmen gemeinsam mit Experten aus unterschiedlichen Fachrichtungen die wesentlichen Schritte einer kollaborativen Leichtbauroboter-Einführung erörtern können. Das IAO richtet dazu einen kostenlosen Auftaktworkshop am 9. November in Stuttgart aus.