Robuste Roboter sind nicht automatisch sicher

Kurzfassung: Ein Roboter, der nach einem Aufprall weiterarbeitet, hat seine eigene Belastbarkeit gezeigt. Für die Zusammenarbeit mit Menschen zählt etwas anderes: Welche Kräfte und Drücke entstehen am konkreten Arbeitsplatz? Beschaffer sollten Kontaktfälle, Lasten und Betriebsarten getrennt abnehmen lassen. Ein bestandener Bewegungstest ersetzt diesen Nachweis nicht.

Ein humanoider Roboter verliert das Gleichgewicht, fängt sich wieder und setzt seine Aufgabe fort. Die Vorführung zeigt eine nützliche Fähigkeit: Das System übersteht eine Störung. Ob ein Mensch neben ihm ebenfalls unbeschadet geblieben wäre, beantwortet sie nicht. Robustheit beschreibt zunächst die Maschine. Arbeitssicherheit beschreibt auch die Belastung der Menschen in ihrer Umgebung.

Diese Unterscheidung wird wichtig, sobald ein Unternehmen mehr als einen abgeschirmten Demonstrationsversuch plant. Wer einen Roboter zwischen Werkbank, Materialwagen und Beschäftigten einsetzen möchte, kauft nicht nur Beweglichkeit. Er muss eine konkrete Anwendung mit ihren Kontaktmöglichkeiten beurteilen. Dafür gibt es aus der industriellen Mensch-Roboter-Kollaboration bereits belastbare Prüfansätze. Sie sind kein pauschaler Sicherheitsnachweis für Humanoide, zeigen aber, warum ein eindrucksvolles Video die falsche Abnahmeunterlage ist.

Der Kontaktfall entscheidet, nicht das Etikett

Das Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung beschreibt in seiner Fachinformation zur Prüftechnik zwei Größen, die bei kritischen Kollisionen gemessen und bewertet werden: die maximale Kollisionskraft und den lokalen maximalen Druck in der Kontaktfläche. Beide Kriterien sind sowohl für dynamische als auch für quasistatische Kollisionswirkungen zu prüfen. Dazu werden mechanisch menschenähnliche Messgeräte eingesetzt, die Eigenschaften betroffener Körperstellen nachbilden.

Warum zwei Größen? Eine breite, nachgiebige Oberfläche und eine schmale Werkzeugkante können bei gleicher Gesamtkraft unterschiedliche lokale Belastungen erzeugen. Auch der Ablauf des Kontakts zählt. Ein kurzer Stoß, bei dem die betroffene Person ausweichen kann, ist eine andere Situation als eine Hand, die zwischen Roboter und Werkbank eingeklemmt wird. Das technische Handbuch der US-Arbeitsschutzbehörde OSHA unterscheidet entsprechend zwischen vorübergehendem Kontakt und Kontakt mit eingeschränkter Bewegungsmöglichkeit.

Für die Beschaffung folgt daraus eine engere Frage als „Ist der Roboter kollaborativ?“. Benötigt wird eine Beschreibung der möglichen Kontakte in genau dieser Anwendung: Welche Körperstelle könnte getroffen werden? Kann sie ausweichen? Welche Oberfläche berührt sie? Welche Last bewegt das System dabei?

Ein Produktetikett liefert diese Antworten nicht. Ebenso wenig reicht ein Messwert ohne Angaben zu Werkzeug, Geschwindigkeit, Last und Versuchsaufbau. Die zuständigen Fachleute müssen bestimmen, welche Kriterien für die konkrete Einsatzklasse gelten. Aus den beschriebenen Cobot-Prüfverfahren lässt sich weder eine universelle Kontaktgrenze noch die allgemeine Zulässigkeit frei beweglicher Humanoider ableiten.

Werkzeug und Werkstück gehören zum Sicherheitsnachweis

Ein hypothetischer Fall: Ein mittelständischer Betrieb erprobt einen Roboter für die Bereitstellung von Bauteilen. Im ersten Versuch bewegt das System leere Kunststoffbehälter. Später soll es Metallteile aufnehmen und an einer Werkbank ablegen. Die Bewegung sieht ähnlich aus; die Gefährdung kann sich dennoch ändern. Masse, Konturen und mögliche Klemmstellen sind andere.

Die OSHA-Handreichung verlangt bei der Bewertung von Kontaktfällen ausdrücklich, die bewegte Masse des Roboters zusammen mit Werkzeug beziehungsweise Werkstück zu berücksichtigen. Für Anwendungen mit Leistungs- und Kraftbegrenzung sollen Kontaktkräfte und Drücke überprüft werden. Die jeweiligen Einstellungen bleiben nicht allein deshalb gültig, weil die Grundmaschine unverändert ist.

Im Einkauf sollte deshalb nicht nur „Sicherheit geprüft“ stehen. Der Nachweis braucht einen definierten Umfang: freigegebene Aufgabe, Werkzeug, zulässige Lasten, Bewegungsbereich, Betriebsart und geprüfte Schutzfunktionen. Wechselt ein Greifer oder kommt ein scharfkantiges Werkstück hinzu, muss der Betrieb erkennen können, ob die bisherige Bewertung diese Änderung noch abdeckt.

Das betrifft auch die Wirtschaftlichkeitsrechnung. Ein niedriger Gerätepreis kann wenig aussagen, wenn jede neue Aufgabe zusätzliche Integration, Messung und fachliche Bewertung benötigt. Vor dem Pilot ist zu klären, wer diese Arbeit leistet und bezahlt. Herstellerinformationen, Integrationsleistung und die Aufgaben des betreibenden Unternehmens sollten zusammenpassen, statt in getrennten Angeboten zu verschwinden.

Ein sicherer Kontakt ist noch kein sicherer Gesamtbetrieb

Kraft- und Druckmessung beantworten eine wichtige, aber begrenzte Frage. Bei einem laufenden humanoiden System kommen weitere mögliche Gefährdungen hinzu: ein Sturz in einen Verkehrsweg, eine fallende Last oder eine unkontrollierte Bewegung beim Wechsel der Steuerungsart. Diese Fälle sind nicht dadurch erledigt, dass ein bestimmter Armkontakt unter einem zulässigen Wert bleibt.

Für einen Pilotversuch sollten solche Ereignisse als eigene Prüfaufgaben beschrieben werden. Was passiert bei Verlust der Balance? Wo kann ein transportiertes Teil landen? Wie wird aus Fernsteuerung wieder automatischer Betrieb? Wer darf einen Wiederanlauf auslösen? Die Antworten müssen zur konkreten Maschine und Umgebung passen. Eine allgemeine Liste ersetzt keine Risikobeurteilung.

Auch „Not-Stopp vorhanden“ ist als Einkaufsvermerk zu knapp. Entscheidend ist, welche Gefahr die jeweilige Schutzfunktion beherrscht und ob ihre Wirkung in der Anwendung nachgewiesen wurde. Ein Stillsetzen beantwortet beispielsweise noch nicht, wie eine angehobene Last gesichert bleibt. Welche technische Lösung geeignet ist, müssen die dafür qualifizierten Personen festlegen; der Bediener sollte diese Entscheidung nicht im Störungsfall improvisieren müssen.

Die IFA-Fachinformation nennt zwei Ansatzpunkte, um Kontaktbelastungen zu verringern: die konstruktive Gestaltung von Robotersystem und Arbeitsplatz sowie die Parametrisierung der Steuerung. Für Unternehmen heißt das, dass die Beschaffung nicht mit der Auswahl eines Modells endet. Änderungen am Einsatzort können Teil der Lösung sein. Umgekehrt können spätere Änderungen am Einsatzort einen bisherigen Nachweis infrage stellen.

Den Pilot so bestellen, dass seine Grenzen sichtbar bleiben

Ein sinnvoller erster Auftrag ist daher eng genug, um ihn fachlich beurteilen zu können. Statt „allgemeine Unterstützung in der Fertigung“ steht eine bestimmte Tätigkeit mit bekannten Lasten und einem abgegrenzten Arbeitsbereich im Leistungsumfang. Vor Beginn werden die erforderlichen Nachweise und die Verantwortlichen für ihre Bewertung benannt.

Zum Abschluss sollte der Pilot zwei getrennte Ergebnisse liefern. Erstens: Wie zuverlässig erledigt der Roboter die Aufgabe, einschließlich erforderlicher menschlicher Hilfe? Zweitens: Unter welchen geprüften Bedingungen darf diese Tätigkeit stattfinden? Ein guter Leistungswert kann einen fehlenden Sicherheitsnachweis nicht aufwiegen. Umgekehrt macht ein sicher abgegrenzter Versuch eine unzuverlässige Anwendung noch nicht wirtschaftlich.

Für die Übernahme in den Betrieb gehört außerdem festgehalten, welche Änderungen eine erneute Prüfung auslösen. Die OSHA-Handreichung empfiehlt, die Gültigkeit von Sicherheitseinstellungen regelmäßig zu überprüfen, etwa wenn sich Geschwindigkeiten oder Eigenschaften des Werkstücks verändert haben. Ihre technischen Ausführungen sind hier eine ergänzende Quelle, keine Rechtsgrundlage für einen deutschen Betrieb; die dort aufgeführten älteren Normausgaben sind nicht als aktueller Normstand zu verstehen.

Die Geschäftsführung braucht damit keinen eigenen Katalog biomechanischer Grenzwerte. Sie braucht einen Auftrag, der Leistung und Sicherheit nicht vermischt, sowie einen belastbaren Nachweis für die tatsächlich vorgesehene Anwendung. Der Roboter darf in der Vorführung beeindruckend robust sein. Die Freigabe für die Arbeit neben Menschen muss auf einer anderen Prüfung beruhen.