Entwicklung eines Konzepts zur sicheren Personenerfassung als Schutzeinrichtung an kollaborierenden Robotern

Der Einsatz von kollaborierenden Robotern, also die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine, wird zunehmend interessanter für den industriellen Einsatz. Das prozesstechnisch vorteilhafte direkte Zusammenarbeiten von Mensch und Maschine ist nicht ungefährlich und muss deshalb mit der notwendigen Sicherheitstechnik begleitet werden. In der Praxis existieren jedoch nur wenige kollaborierende Roboter, die den rechtlich vorgegebenen Sicherheit- und Gesundheitsschutzanforderungen entsprechen. Diese Systeme basieren auf reduzierten Kräften des Roboters und Kollisionserkennungen. Es wird mit weiteren Lösungsansätzen geforscht, die unterschiedliche Technologien verwenden. Der Nachweis, dass diese am Ende den rechtlichen Anforderungen entsprechen, wurde allerdings noch nicht geführt. Die vorliegende Arbeit entwickelt ein Konzept einer Schutzeinrichtung für kollaborierende Roboter, die ein sicheres Anhalten des Roboters vor der Kollision mit dem Menschen ermöglicht. Hierzu werden die rechtlichen Grundlagen des Produktrechts und des Arbeitsschutzrechts aufgezeigt, die Anforderungen an solche Schutzeinrichtung stellen. Für die konkreten sicherheitstechnischen Anforderungen werden die Inhalte der einschlägigen Normen herangezogen, die für die Schutzeinrichtung die allgemein anerkannten Regeln der Technik darstellen. Der Stand der Technik und der Stand von Wissenschaft und Technik von Sensorsystemen im Bereich kollaborierende Roboter werden gezeigt und ein mögliches Sensorsystem für die Schutzeinrichtung wird entwickelt. Zu diesem Sensorsystem werden passende Algorithmen entwickelt, die eine für die praktische Anwendung ausreichend schnelle Reaktion des Systems in Echtzeit ermöglichen. Die gesamte Entwicklung der Schutzeinrichtung zielt dabei auf die Erfüllung der rechtlichen und normativen Vorgaben, so dass am Ende der vorliegenden Arbeit sowohl die praktische, wie auch die rechtliche Machbarkeit nachgewiesen werden.The use of collaborative robots that is the cooperation of man and machine is becoming increasingly attractive for industrial use. The procedural advantageous collaboration between man and machine is not without danger and must be accompanied by the necessary safety features and equipment. In practice, however, there are few collaborative robots that meet the legally binding safety and health requirements. These systems are based on the reduced strength of the robot and collision detections. Research is being conducted on other approaches using different technologies. The verification that they meet the legal requirements has not yet been done. This paper develops a concept of a protective device for collaborative robots, enabling a safe stop of the robot before a collision with a human occurs. To this end, the legal basis of product legislation and labour protection laws are shown, which provide requirements on such protection devices. For specific safety requirements, the contents of the relevant standards are consulted, which represent the sound engineering practice for protective devices. The state of the art and the state of science and technology of sensor systems in the field of collaborative robots are shown and a feasible sensor system for a protective device is developed. For this sensor system matching algorithms are developed that, for practical applications, allow a sufficiently fast system response in real time. The entire development of the protective device in this work aims to meet the legal and technical standards, so that at the end of the present study both the practical and legal feasibility is demonstrated