Cobots halten zwischen 2005 und 2010 Einzug in die Produktionslinien, nachdem der deutsche Roboterhersteller Kuka in Kooperation mit dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) 2004 seinen ersten LBR 3 verkauft. Gleichzeitig bringt der heutige Marktführer, Universal Robots (UR), 2008 seinen ersten Cobot, den UR5, auf den Markt. Die Technologie geht jedoch auf James Edward Colgate und Michael A. Peshkin zurück, die 1996 im Rahmen eines von General Motors finanzierten Projekts an der US-amerikanischen Northwestern University entwickelt wurde. Ziel von General Motors war, einen Roboter so sicher zu machen, dass er gefahrlos mit dem Menschen interagieren kann.

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Neue Technologien entstehen nicht im luftleeren Raum. Ihre Entwicklung steht in enger Wechselbeziehung zu den rechtlichen Rahmenbedingungen, die einerseits die Implementierung technischer Innovationen regeln. Sie unterliegen andererseits regelmäßigen Anpassungen seitens des Gesetzgebers, der mit neuen Normen und Richtlinien auf den technischen Fortschritt reagiert. Die Richtlinien und Normen, auf denen der Einsatz kollaborierender Roboter in der Praxis basiert, haben sich seit Mitte der 1990er-Jahre stark gewandelt. Zum Zeitpunkt der Entwicklung des ersten kollaborierenden Roboters von Colgate und Peshkin wurde in der EU gerade der Umbruch von der alten Maschinenrichtlinie (98/37/EG) hin zur neuen Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) vollzogen. Damit verlagerte sich der Fokus von der einfachen Gefahrenanalyse der Maschine hin zur Risikobeurteilung im Miteinander von Mensch und Maschine.

Bei der Maschinenrichtlinie handelt es sich um eine sogenannte CE-Richtlinie. Die unter CE-Richtlinien fallenden Produkte müssen mit den Bestimmungen konform sein. Hersteller müssen diese Konformität schriftlich erklären und mit dem CE-Kennzeichen auf dem Produkt sichtbar dokumentieren. Diese Richtlinien sind häufig sehr allgemein gehalten und geben den Herstellern somit zum Teil keine genauen Hilfestellungen. An dieser Stelle kommen nun die sogenannten Normen ins Spiel. Die Europäische Kommission bedient sich oft an bereits vorhandenen internationalen Normen, die beispielsweise von der International Standardisation Organisation (ISO) erarbeitet werden. Diese Normen spezifizieren wiederum die Anforderungen der CE-Richtlinien und geben genaue Handlungsempfehlungen. Zu betonen ist, dass es sich bei Normen um sogenannte Technische Regeln handelt, die freiwillig anzuwenden sind, wohingegen Richtlinien rechtsverbindliche Rechtsvorschriften darstellen. Mit der Erfüllung einer Norm hält ein Anwender automatisch eine darin enthaltene Richtlinie ein.

Neuauflage der ISO 10218

Für die kollaborierende Robotik ist an erster Stelle die ISO 12100:2010 zu nennen, die mit Anweisungen für Risikobeurteilung und -minderung maßgeblich zur Einhaltung der Maschinenrichtlinie beiträgt. Zudem unterliegen alle Industrieroboter, damit auch kollaborierende Roboter, der ISO 10218:2011. Diese Norm besteht aus zwei Teilen: Der erste Teil regelt Bauweise und Funktionen eines Roboters. Der zweite Teil enthält Regelungen, wie der Roboter in eine Applikation integriert werden kann. Bei Inkrafttreten dieser Norm 2011 standen die kollaborierenden Robotersysteme noch nicht im Fokus – zu neu war damals die Cobot-Technologie. Im Jahr 2016 wird diese Lücke durch die Veröffentlichung der Technischen Spezifikation ISO TS 15066 geschlossen. Diese zielt ausschließlich auf kollaborierende Robotersysteme ab und gibt dem Integrator eine hilfreiche Handlungsanweisung zur Umsetzung damit verbundener Applikationen. Derzeit arbeitet das zuständige Gremium der ISO an einer Neuauflage der ISO 10218. Die Veröffentlichung ist derzeit für das Jahr 2021 geplant.

Gab es zu Beginn des Cobot-Zeitalters nur die zwei Player Kuka und Universal Robots, so kommen heute immer mehr Anbieter hinzu. Sowohl alteingesessene Roboterhersteller wie Yaskawa, Fanuc und ABB als auch junge Unternehmen wie Franka, Aubo, Hanwah, Dosaan oder Kassow Robots bieten heute kollaborierende Roboter an. Umso wichtiger ist es für den Anwender, die Normenlage zu verstehen, um bewerten zu können, welcher Roboter den strengen Anforderungen des europäischen und speziell des deutschen Marktes gerecht wird.

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Man sollte sich hier zum Beispiel nicht von einer Zertifizierung nach der ISO 10218:2011 blenden lassen, denn diese beschäftigt sich mehr mit traditionellen Schwerlastrobotern statt mit kleinen kollaborativen Leichtbaurobotern. Die ISO 10218:2010 enthält keine Bestimmungen, etwa in Bezug auf Kraft- und Leistungsbegrenzung oder andere Sicherheitsfunktionen, die bei kollaborativen Robotern oft zu finden sind. Sie fordert explizit nur einen Sicherheitshalt und eine unabhängige Not-Aus-Funktion.

Cobots besitzen im Optimalfall jedoch eine Mehrzahl von Sicherheitsfunktionen. Daher sollte beachtet werden, dass jede Sicherheitsfunktion von einer unabhängigen Prüfstelle geprüft und mit einem Performance Level (PL) zertifiziert wird. Das PL bewertet die Zuverlässigkeit der jeweiligen Sicherheitsfunktion.

Im Juni 2018 unternimmt Universal Robots den nächsten Schritt im Bereich Cobot-Sicherheit: Mit dem Launch der neuen e-Series wartet UR neben verschiedenen Erweiterungen und Optimierungen der bereits vorhandenen Sicherheitsfunktionen mit zwei völlig neuen Funktionen auf.

»Stoppzeit« und »Stoppweg«

Die Praxis zeigt, dass viele Cobots in Kombination mit einem Laserscanner eingesetzt werden. Dieser stoppt den Roboter in dem Moment, in dem ein Mensch in den Bereich des Roboters eintritt. Im Rahmen der Risikobeurteilung ist der Integrator dazu verpflichtet, Stoppzeiten und -wege mithilfe einer Messung oder einer umfassenden Berechnung zu ermitteln. An der Berechnung scheitern viele Integratoren aufgrund der Komplexität dieser Aufgabenstellung. Die Messung kann wiederum oft nur von externen Fachleuten durchgeführt werden. Darüber hinaus erfordert der Arbeitsschutz die regelmäßige Wiederholung dieser Messungen. All diese Faktoren können zusätzliche Kosten verursachen.

Universal Robots hat daher die Sicherheitsfunktionen »Stoppzeit« und »Stoppweg« implementiert. Diese vom TÜV Nord mit einem Performance Level d (PLd) zertifizierten Sicherheitsfunktionen überwachen Zeit und Weg bis zum Stillstand des Roboters. Erkennt das System, dass der Cobot mit gegebener Masse, Auslage und Geschwindigkeit nicht in der vom Nutzer definierten Zeit oder dem definierten Weg zum Stillstand kommt, wird die Geschwindigkeit so weit reduziert, dass die gesetzten Parameter garantiert eingehalten werden. Die neuen Funktionen Stoppweg und Stoppzeit erleichtern somit die Risikobeurteilung, die am Beginn jeder Inbetriebnahme eines Cobots steht.

Die Entwicklung der letzten Jahre zeigt: Die kollaborative Robotik ist ein lebendiger Markt. Riesige und schwere Industrieroboter, die hinter starren Schutzzäunen verborgen waren, werden zunehmend um die flexiblen und vergleichsweise kostengünstigen »Zur-Hand-Geher« ergänzt. Die Robotik hat damit einen neuen Superhelden: Cobots sind klein, intuitiv und sicher. Seit ihrer Erfindung in den 1990er-Jahren hat sich viel getan. Mit ihrer Weiterentwicklung und der weiter steigenden Zahl an Anbietern verfeinern sich Handhabung und Sicherheitsfunktionen zunehmend. Normen und Richtlinien garantieren die Sicherheit des Anwenders im Umgang mit den Cobots und entwickeln sich parallel zum technischen Fortschritt weiter. Der Weg in die Zukunft ist damit geebnet.