Mensch-Roboter-Kollaboration - Partielle Ergänzungsuntersuchungen zur Eignung für Übernahme in das DGUV-Schriftenwerk sowie Normung

Status:

abgeschlossen 10/2019

Zielsetzung:

Kollaborierende Robotersysteme ermöglichen die sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter ohne dass trennende Schutzeinrichtungen (z. B. Zäune) sie räumlich voneinander trennen. Gemäß ISO/TS 15066 und DGUV-Information FBHM 080 ist bei dieser arbeitsteiligen Zusammenführung sicherzustellen, dass von Klemm- und Stoßstellen am Roboter keine Verletzungsgefahren für den Menschen ausgehen. Eine Möglichkeit des Schutzes vor Verletzungen bieten biomechanische Grenzwerte, die der Roboter im Falle eines Kontakts mit dem Menschen nicht überschreiten darf.

Die Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM) und das Fraunhofer IFF haben in mehreren Studien von 2015 bis 2018 einen Teil der notwendigen Grenzwerte erarbeitet. Aufgrund schwer abschätzbarer Risiken waren in diesen Studien keine Versuche an Kopf, Hals, Brust und Bauch möglich. Anhand der Ergebnisse aus den Studie konnte das Fraunhofer IFF in Zusammenarbeit mit Ärzten jedoch nachweisen, dass das Risiko für Belastungsversuche an den bisher nicht untersuchten Körperbereichen ausreichend klein ist und Probandenversuche gestattet.

Das Ziel dieser Studie war es, die Körperstellen aus ISO/TS 15066 an Kopf, Hals, Brust und Bauch hinsichtlich des Schmerzeintritts bei Klemm- und Stoßbelastungen an stumpfen und halb-scharfen Kontaktoberflächen experimentell zu untersuchen und anhand der Ergebnisse die noch fehlenden Belastungsgrenzen festzulegen.

Aktivitäten/Methoden:

Das Studienprotokoll sah vor, Belastungsversuche mit Testpersonen durchzuführen. Als Versuchseinrichtungen nutzte das Fraunhofer IFF ein Algometer für Klemmbelastungen und ein Pendel für Stoßbelastungen, mit denen es die Testpersonen an Körperstellen von Kopf, Hals, Brust und Bauch experimentell beanspruchte. Während der Untersuchung einer Testperson erhöhte der Versuchsleiter die Belastung so weit, bis die Testperson einen Schmerz an der belasteten Körperstelle verspürte. Die Aufbringung der Last erfolgte über zwei unterschiedliche Kontaktkörper. Der erste Kontaktkörper bestand aus Aluminium und eignete sich aufgrund seiner quadratischen Form und kleinen Querschnittsfläche zur Nachbildung von halb-scharfen Kontakten. Der zweite Kontaktkörper bestand aus einem weichen Schaumstoff. Seine Größe und Nachgiebigkeit ermöglichte es, stumpfe Kontakte zu erzeugen.

In der Studie untersuchte das Fraunhofer IFF auch eine Kontrollgruppe. Die Vorgehensweise glich der, welche die Johannes-Gutenberg-Universitätsklinik Mainz (JGU) in einer Probandenstudie von 2011 bis 2014 anwendete. Das Ziel der Kontrollgruppe war es zu prüfen, ob die Vorgehensweise des Fraunhofer IFF und der JGU zu vergleichbaren Ergebnissen führt.

Ergebnisse:

Das Fraunhofer IFF führte mit zehn männlichen und zehn weiblichen Testpersonen Versuche zu Klemm- und Stoßbelastungen an Körperstellen von Kopf, Hals, Brust und Bauch durch. Die zusätzlich untersuchte Kontrollgruppe umfasste fünf männliche und fünf weibliche Testpersonen. Sie durchlief ausschließlich Klemmversuche, jedoch an allen Körperstellen aus ISO/TS 15066. Aus den Versuchsdaten bestimmte das Fraunhofer IFF für jede untersuchte Körperstelle einen Grenzwert für Klemm- und Stoßbelastungen an halb-scharfen und stumpfen Oberflächen. Als statistischer Referenzwert diente das 3. Quartil der empirischen Verteilung. Das Fraunhofer IFF führte das Ergebnis mit den Ergebnissen aus den vorhergehenden Studien zusammen, womit nach Abschluss der Studie ein endgültiges und vollständiges Verzeichnis mit Grenzwerten für alle unterschiedlichen Belastungsformen und Kontaktarten vorliegt.

Die gemittelten Schmerzeintrittsschwellen aus der Kontrollgruppe stimmen mehrheitlich mit denen überein, welche die JGU ermittelte, sofern ihnen die gemessene maximale Kontaktkraft zugrunde gelegt wird. Auf Basis des maximalen Drucks weichen die Ergebnisse mehrheitlich stark voneinander ab.

Stand: