Kollege Roboter: Sicher arbeiten mit Cobots

Roboter sind in der Nahrungsmittelbranche längst in vielen Bereichen im Einsatz. Sie übernehmen Aufgaben wie Verpacken, Palettieren, Schneiden oder die Qualitätskontrolle. Dabei können sie Beschäftigte insbesondere bei ergonomisch belastenden Tätigkeiten entlasten – etwa beim Stapeln von Kartons auf Europaletten oder beim Entstapeln von Käseblöcken von einer Palette auf ein Transportband.

Eine spezielle Kategorie von Robotersystemen kommt dabei immer häufiger zum Einsatz: sogenannte Cobots. Sie sind dafür konzipiert, direkt mit Menschen zusammenzuarbeiten. Der Begriff „Cobot“ setzt sich aus den englischen Wörtern Collaboration (Zusammenarbeit) und Robot (Roboter) zusammen.

Cobots werden mit den folgenden Vorteilen beworben:

• Sie lassen sich einfach in bestehende Produktionslinien integrieren – auch bei häufig wechselnden Produktformaten.
• Moderne Sensorik und Kraftbegrenzung ermöglichen die direkte Zusammenarbeit von Mensch und Roboter ohne Schutzzäune.
• Sie sind kostengünstiger als klassische Industrieroboter.
• Per Drag-and-Teach lassen sich Bewegungsabläufe einfach und ohne Programmierkenntnisse anlernen.
• Sie können dem Fachkräftemangel entgegenwirken und Beschäftigte von ergonomisch belastenden Tätigkeiten entlasten.

Damit Mensch und Cobot sicher zusammenarbeiten, müssen jedoch einige grundlegende Anforderungen erfüllt sein. Entscheidend dafür sind sowohl der Anwendungsbereich als auch die technische Umsetzung.

Anwendungsbereich prüfen

Cobot-Systeme verzichten in der Regel auf klassische Schutzzäune. Stattdessen basiert ihr Schutzkonzept auf der sicheren Begrenzung physikalischer Parameter wie Kraft, Geschwindigkeit und Druck. Bei vielen Anwendungen ist die Arbeitsweise der Bedienperson mit dem Roboter jedoch eher kooperierend als kollaborierend. Das heißt, die Bedienenperson arbeitet nicht Hand in Hand mit dem Roboter, sondern führt lediglich Beschickungsvorgänge aus, indem sie beladene Paletten wegfährt und leere Paletten abstellt. Berührungen mit dem Roboter sind daher nicht vorgesehen.

Falls ein wirklich kollaborierender Betrieb mit bestimmungsgemäß häufigen Berührungen vorliegt, sind taktile Schutzeinrichtungen (taktil = mithilfe des Tastsinns), die erst bei Kontakt reagieren, aus Gründen der psychischen Belastung nicht zulässig. Für Anwendungen mit hohem Durchsatz kann ein konventionelles Robotersystem mit trennenden Schutzeinrichtungen aufgrund der hohen Werkzeuggeschwindigkeiten besser geeignet sein.

Wichtig: Allein der Verzicht auf trennende Schutzeinrichtungen macht ein Robotersystem noch nicht zu einem sicheren Cobot-System. Im Konformitätsbewertungsverfahren muss der Hersteller die bestimmungsgemäße Verwendung ermitteln und in der Betriebsanleitung beschreiben.

Anforderungen an Design, Steuerung und Programmierung

Abgerundete Formen von Roboter und Greifer können das Verletzungsrisiko bei möglichen Kollisionen verringern. Neben der sicheren Formgebung kommt es darauf an, wie der Roboter gesteuert und programmiert ist. Arbeitet er ohne trennende Schutzeinrichtungen in unmittelbarer Nähe zu Menschen, müssen seine Bewegungen so ausgelegt sein, dass mögliche Kontakte nicht zu Verletzungen führen. Dabei sind insbesondere folgende Punkte zu beachten:

1. Schutz bei Kontakt mit dem Roboter

Kopf und Kehlkopf gehören zu den besonders empfindlichen Körperbereichen. Ein Kontakt mit ihnen muss deshalb so weit wie möglich verhindert werden. Für Kontaktsituationen gelten Grenzwerte für Kraft und Druck. So beträgt die zulässige Kraft auf die Hand – etwa wenn sie durch den Roboter eingeklemmt wird – 140 Newton. Das entspricht ungefähr der Gewichtskraft einer Masse von 14 Kilogramm. Gleichzeitig darf die Kraft nicht über spitze Bauteile einwirken, da sonst auch bei Einhaltung des Kraftgrenzwerts Verletzungen entstehen können. Die Grenzwerte wurden in medizinischen Studien für alle Körperregionen ermittelt und sind in der Technischen Spezifikation DIN ISO/TS 15066 festgehalten.

Ob die vorgeschriebenen Grenzwerte eingehalten werden, muss mit geeigneten Messmitteln überprüft und dokumentiert werden.

2. Schutz bei Kontakt mit Produkten

Nicht nur der Roboter selbst kann eine Gefährdung darstellen. Auch die von ihm bewegten Produkte müssen in der Risikobeurteilung berücksichtigt werden – etwa kantige oder unnachgiebige Verpackungen. Zudem muss verhindert werden, dass Teile herabfallen oder herausgeschleudert werden und Beschäftigte verletzen. Dafür können je nach Anwendung konstruktive Maßnahmen wie spezielle Greifer oder trennende Schutzeinrichtungen erforderlich sein.

3. Schutz bei Kontakt mit dem Greifer

Auch die Gestaltung des Produktgreifers spielt eine wichtige Rolle. Nach außen sollte er weich ausgeführt sein, beispielsweise mit einer Schaumstoffummantelung, oder zumindest große Rundungsradien aufweisen. Eine weitere Möglichkeit sind nachgiebige Konstruktionen, etwa eine magnetische Halterung, die sich bei Kontakt löst.

Pneumatisch bewegte Greifer sollten druckbegrenzt sein. Scherstellen müssen vermieden werden – beispielsweise durch den Einsatz von Sauggreifern anstelle von Greifern, die das Produkt seitlich einklemmen.

4. Wann sind zusätzliche Schutzeinrichtungen erforderlich?

Werden die zulässigen Grenzwerte für die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine überschritten, muss der Gefährdungsbereich durch trennende oder berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen gesichert werden. Häufig kommen dafür Laserscanner oder Radarsensoren zum Einsatz. Sie überwachen den Bereich um den Roboter und sorgen dafür, dass dessen Geschwindigkeit reduziert wird, sobald sich eine Person im überwachten Bereich aufhält.

Bei ortsveränderlichen Systemen müssen zusätzlich die Bedingungen am jeweiligen Einsatzort berücksichtigt werden. Dazu zählen beispielsweise angrenzende Verkehrsbereiche oder die erforderlichen Mindestabstände zu festen Einbauten.

Beratung und Prämienpunkte

Roboter bieten große Flexibilität und können Beschäftigte von ergonomisch ungünstigen Tätigkeiten entlasten. Die Voraussetzungen für einen sicheren Betrieb muss der Hersteller schaffen. Betreiber können grundlegende Anforderungen selbst überprüfen.

Bei weitergehenden Fragen beraten die Maschinensicherheitsexpertinnen und -experten der BGN. Betriebe können sich bereits vor der Anschaffung eines Robotersystems per E-Mail an maschinensicherheit@bgn.de wenden.

Auch im BGN-Prämienverfahren zahlt sich ein sicherer Cobot-Einsatz aus: Betriebe, die Cobots einsetzen und die Maßnahmen zum sicheren Betrieb nach den BGN-Vorgaben umgesetzt haben, können dafür Prämienpunkte erhalten.

Roboter der nächsten Generation

Inzwischen halten auch vierbeinige Roboter, die optisch an Roboterhunde erinnern, Einzug in BGN-Mitgliedsbetriebe. Sie kommen vor allem bei Inspektionen zum Einsatz.

In naher Zukunft ist zudem mit humanoiden Robotern zu rechnen. Diese zweibeinigen, mobilen Systeme sind dem menschlichen Körper in Form und Bewegung nachempfunden. Sie können mithilfe künstlicher Intelligenz ihre Umgebung erfassen und Bewegungsabläufe erlernen. Damit könnten sie künftig Aufgaben übernehmen, die bislang Menschen vorbehalten sind.