Risikobewertung der Robotersicherheit für Manipulationslabore und -aufbereitungen

[← Führer]

Ein praktischer Leitfaden zur systematischen Robotersicherheitsbewertung für Teams, die Manipulatoren in Forschungslabors und Produktionsumgebungen einsetzen.

Rechtsrahmen

Die Anforderungen an die Anlage sind abhängig von der Art und dem Einsatzfall des Robots:

• ISO 10218-1:2011 Sicherheitsanforderungen für industrielle Roboter (der Roboter selbst).
• ISO 10218-2:2011 Sicherheitsanforderungen für industrielle Robotersysteme und -integration. Dies ist der Integrator-Standard er deckt Ihre Installation, Überwachung und Programmierung ab. Nichtkonformität ist die häufigste Lücke in Laboreinführungen.
• ISO/TS 15066:2016 Kollaborative Roboter. Es spezifiziert die Anforderungen an Roboter, die in unmittelbarer Nähe von Menschen ohne feste Schutzarbeiten. Definiert die Grenzwert der Kraft- und Kraftbegrenzung (PFL) für die Kontaktkraft nach Körperregion: Handrücken 280N Grenze, Oberarm 110N Grenze. Kritisch für jede Installation, in der die Betreiber innerhalb der Reichweite des Robots arbeiten.
• ** OSHA 1910.212** Allgemeine Anforderungen an die Maschinensicherung in den Vereinigten Staaten. Die OSHA-Inspektoren werden diesen Standard für unzureichend bewachte Roboter zitieren, auch wenn die ISO-Standards erfüllt sind.

Schritte zur Risikobewertung

Eine Risikobewertung ist ein strukturierter Dokumentationsprozess, nicht nur eine mentale Checkliste.

• Schritt 1 Identifizieren Sie alle Aufgaben: Liste alle Aufgaben, die der Roboter durchführen wird: normale Betrieb, Programmierung, Wartung, Reinigung, Fehlerbehebung.
• Schritt 2 Identifizieren Sie Gefahren pro Aufgabe: Für jede Aufgabe alle Gefahren: Kollision, Fallen, scharfe Ränder, elektrische, Lärm, Wärme.
• Schritt 3 Risiko schätzung: Für jede Gefahr schätzt man das Risiko mit einer 3-Faktor-Matrix: Schwere (kleine Verletzung / schwerer Verletzung / Todesfall) × Häufigkeit der Exposition × Wahrscheinlichkeit, die Gefahr zu vermeiden.
• Schritt 4 Risikominderungsmaßnahmen anwenden: Reduzieren Sie das Risiko für jede Gefahr mit RPN > 12 (auf einer Skala von 15) oder jede Gefahr mit Schwere = 3 (Todesgefahr) unabhängig von RPN.
• Schritt 5 Bewertung des Restrisikos: Neubewertung des Risikos nach Anwendung der Kontrollen. Dokumentation des Restrisikos und Bestätigung, dass es "akzeptabel" nach den Kriterien Ihrer Organisation ist. Das Risiko ist nie null das Ziel ist akzeptabel Restrisiko.

Gefahren und Grenzen

• Kollisionsgefahr (Cobot in der Nähe von Menschen): Bei Kooperationen gemäß ISO/TS 15066 begrenzen Sie die Roboter-TCP-Geschwindigkeit auf ≤0,25 m/s, wenn der Abstand zwischen Mensch und Roboter <0,5 m beträgt. Über 0,5 m kann die Geschwindigkeit pro Geschwindigkeits-Separationsüberwachungsergebnis in ISO/TS 15066 Anhang A erhöht werden.
• Klammer-/Krauschgefahr (Greifer): Pneumatische und elektrische Griffgeräte können Kraft ausüben, die die Schwellenwerte der ISO/TS 15066 weit übersteigt.
• ** Schärfe Rändergefahr:** Jedes Roboterwerkzeug mit Rändern, die schärfer als R2,5 mm sind, muss von der Zusammenarbeit abgesichert oder muss vom Arbeitsplatz eingeschränkt werden.
• Stromgefahr: Befolgen Sie die IEC 60204-1 für die elektrische Sicherheit der Maschine. Überprüfen Sie, ob die Sicherheits-I/O des Roboters (für Notfallstopf- und Aktivierungsvorrichtungen) eine Sicherheitsfunktion der Kategorie 3 oder PLd gemäß ISO 13849-1 verwendet.

Hierarchie der Kontrollmaßnahmen

Die Risikominderung wird immer in hierarchischer Reihenfolge angewendet.

• 1. Beseitigen: Entfernen Sie die Gefahr vollständig. Beispiel: Neugestaltet die Griffspitze so, dass sie stumpf ist keine scharfe Randegefahr bleibt. Dies ist immer bevorzugt.
• 2. Schutz (technische Steuerung): physische Barrieren, Lichtvorhänge, Sicherheitslaserscanner. Diese schützen Menschen passiv, ohne sich auf ihr Verhalten zu verlassen.
• 3. Warnung (administrative Kontrolle): Sicherheitsbestimmungen, Bodenmarkierungen, schriftliche Verfahren, Ausbildung. Wirksam nur in Kombination mit höheren Kontrollen kann die Bewahrung nicht ersetzen.
• 4. Persönliche Schutzausrüstung: Sicherheitsbrille, Handschuhe, Stahlzuckenschuhen.

Schutzmöglichkeiten

Device	Example Product	Detection Range	Response Time	Approx. Cost
Safety laser scanner	Sick S300 Mini	Up to 4m radius, 270° field	<80ms	$2,000–$4,000
Light curtain	Keyence GL-R series	0.1–9m height, 0.5–6m width	<10ms	$800–$3,000/pair
Pressure-sensitive mat	Tapeswitch Corp. Series 300	0.5–10 m² coverage	<10ms	$400–$1,500
Safety camera (vision-based)	Pilz SafetyEYE	3D zone monitoring up to 8m	<40ms	$5,000–$12,000

Für die meisten Manipulationslabors bietet ein Sicherheitslaserscanner von Sick S300** in Kombination mit Bodenzonenmarkierungen das beste Gleichgewicht zwischen Abdeckung, Flexibilität und Kosten. Der S300 kann mehrere Schutzfelder und Warnfelder gleichzeitig definieren, sodass der Roboter sich verlangsamen kann (Geschwindigkeitswarnfeld) bevor er stoppt (Schutzfeld).

Cobot-spezifische Anforderungen

Roboter, die als "kollaborative" vermarktet werden (Universal Robots UR-Serie, Fanuc CR-Serie, ABB YuMi), benötigen immer noch eine Risikobewertung "kollaborative" ist eine Fähigkeit, nicht eine Sicherheitszertifizierung.

• Macht- und Kraftbegrenzung (PFL): Der Roboter überwacht die Motorströme kontinuierlich und hält auf, wenn die Kontaktkraft die ISO/TS 15066-Schwellenwerte überschreitet.
• Geschwindigkeits- und Trennungsüberwachung (SSM): Verwenden Sie einen sicherheitsbewerteten Sensor (Laser-Scanner oder Kamera) zur Verfolgung der Position des Menschen. Die Geschwindigkeit des Roboters wird mit der Annäherung des Menschen reduziert. Vollstop, wenn der Mensch die minimale Trennungsentfernung erreicht.
• Hand-Guiding: Der Betreiber führt den Roboter physisch mit einem Hand-Guiding-Gerät (Kraftsensor im Werkzeug).

Dokumentationsanforderungen

Für jede kommerzielle Einsetzung müssen Sie:

• Risikobewertungsschätzung: Die vollständige schriftliche Risikobewertung nach den fünf oben genannten Schritten muss von einer qualifizierten Person unterzeichnet und mit allen Systemänderungen auf dem Laufenden bleiben.
• CE-Konformitätserklärung: Für den Verkauf in der EU erforderlich. Bescheinigt die Einhaltung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Erfordert eine Überprüfung durch die benannte Stelle für Roboter in bestimmten Risikokategorien.
• OSHA-Konformitätsprüfungliste: Für US-amerikanische Anlagen dokumentieren Sie die Einhaltung der OSHA 1910.212-Guardienehrungsanforderungen und aller Anforderungen an die ANSI/RIA R15.06-Robotersicherheitsnorm.
• Betriebssicherheitsschulungen: Dokument, dass alle Betreiber eine Sicherheitsschulung erhalten haben, mit Daten und Unterschriften.

Praktische Durchführung im Labor

• Notausschalter Placement: Installieren Sie an jedem Arbeitsplatz, der dem Roboter zugänglich ist, und an der Zimmertreise einen physischen E-Stop-Button.
• Klare Zone-Markierungen: Verwenden Sie hochaussigbare Band (gelb/schwarzes Muster) zum Markieren des maximalen Reichweitesradius des Roboters auf dem Boden.
• Betriebssträgerbildung: Alle Betriebssträger müssen vor ihrer ersten Sitzung eine Sicherheitsbildung absolvieren.

Funktionssicherheit: SIL- und Leistungsniveaus

Bei der Produktion müssen Sicherheitssysteme ein zertifiziertes Zuverlässigkeitsniveau erreichen.

• IEC 61508 / SIL (Safety Integrity Level): Definiert die Zielversagenwahrscheinlichkeit für Sicherheitsfunktionen. SIL 1 erfordert <10^-5 gefährliche Fehler pro Stunde. SIL 2 erfordert <10^-6. Die meisten Robotersicherheitsfunktionen (e-Stop, Geschwindigkeitsbegrenzung) erfordern SIL 2 für den Produktionsgebrauch.
• ISO 13849-1 / PL (Leistungsniveau): Eine vereinfachte Alternative zu SIL für Maschinenanwendungen. PLd (entsprechend SIL 2) ist die typische Voraussetzung für Robotersicherheitsfunktionen in Kollaborationsanwendungen.
• Sicherheitsbewertete Komponenten: Um PLd zu erreichen, müssen alle Komponenten in der Sicherheitskette - Sensoren (Laser-Scanner, Lichtvorhänge), Logik (Sicherheits-PLC oder Sicherheitsrelay) und Aktoren (Kontakteure, die die Motorleistung abschneiden) - individuell für PLd bewertet werden. Mit einer nicht sicherheitsbewerteten Komponente in jeder beliebigen Position in der Kette wird die PL der gesamten Kette auf das Niveau dieser Komponente reduziert.
• Doppelkanal-Architektur: PLd erfordert mindestens eine Architektur der Kategorie 3 (zwei unabhängige Sicherheitskanäle mit Querüberwachung). Dies bedeutet, dass zwei separate Sensoren die gleiche Gefahr erkennen, zwei separate Schaltkreise die Schnittleistung erkennen und Logik, die Unvereinbarkeiten zwischen den Kanälen erkennt.

Notfall-Stop-Design

Die Notstandsstelle (e-Stop) ist die letzte Sicherheitsbarriere.

• E-Stop-Taste-Spezifikationen: Roter Pilzkopf-Taste auf gelbem Hintergrund, Schließtyp (bleibt bis manuell zurückgesetzt gedrückt), für die Sicherheit PL Ihrer Installation bewertet. Allen-Bradley 800FP-MT64 ($25) oder Siemens 3SB3 ($30) sind geeignet.
• Satzregel: Ein E-Stop muss innerhalb von 3 Sekunden von jedem Ort ausreichbar sein, an dem eine Person im Arbeitsplatz stehen könnte. Für ein typisches Labor: ein am Betriebsstation, ein am Eingang/Ausgang des Raumes. Für die Produktion: ein alle 5 Meter entlang des Robotersperimeter.
• Draht: E-Stop-Schaltungen müssen hart vernetzt sein (nicht software-gesteuert). Das E-Stop-Signal öffnet direkt Kontaktoren, die die Stromversorgung der Roboter-Motorfahrer abschneiden. Ein Software-E-Stop (ROS2-Knoten, die einen Stop-Befehl senden) ist eine zusätzliche Bequemlichkeit, erfüllt jedoch nicht die Sicherheitsstandards.
• Reset-Verfahren: Nach einer E-Stop-Aktivierung ist eine absichtliche Reset-Sequenz erforderlich: (1) die E-Stop-Schaltfläche freizusetzen, (2) die Gefahr zu überprüfen, ist gelöscht, (3) auf eine separate Reset-Schaltfläche drücken, um den Motor wieder zu aktivieren. Der Reset-Schaltfläche darf nicht auf der E-Stop selbst montiert werden - er muss an einem Ort sein, an dem der Betreiber den gesamten Arbeitsplatz sehen kann.
• Test: Testen Sie jede E-Stop-Taste am Anfang jeder Betriebsschicht.

Risikobewertung Checkliste für Manipulationslabore

Item	Status	Notes
Written risk assessment document completed and signed	Yes / No
E-stop buttons installed at all required locations	Yes / No
E-stop function tested and documented	Yes / No
Floor zone markings installed (reach zone + collaborative zone)	Yes / No
Safety sensor(s) installed and tested (laser scanner / light curtain)	Yes / No
Robot speed limits configured for collaborative operation	Yes / No
Greifer force limits configured per ISO/TS 15066	Yes / No
All operators trained and training records documented	Yes / No
Emergency procedures posted at all workstations	Yes / No
Nutzlast verified within arm's rated capacity	Yes / No

Verwandte Leitfäden

• [Wie ein Teleoperationslabor eingerichtet wird] T1) -- Sicherheitsvorrichtung im Rahmen der Labor-Ausbau
• Präventive Wartungsplan -- Wartungsverfahren, die die Integrität des Sicherheitssystems bewahren
• Warehouse Deployment Checklist -- Sicherheitsanbringung für Produktionsumgebungen
• [Beschaffung und Ausbildung von Betreibern] T4) -- Sicherheitsschulungsanforderungen für Betreiber
• Kraft/Torksensor Auswahl -- Kraftbegrenzung für den Kooperationsbetrieb

Arbeiten mit RCSV

RCSV stellt Sicherheitsbeurteilung und Nachgiebigkeit-Unterstützung für die Roboternatzung in allen Maßstäben bereit.

• Reparatur- und Wartungsdienste -- umfasst die Sicherheitssysteminspektion und die Zertifizierung
• [Daten-Sammlungsdienste] T7) -- unsere Anlagen sind vollständig sicherheitsbewertet und konform
• Hardware Store -- Sicherheitszubehör einschließlich E-Stop-Taste, Sicherheitslaserscanner und Lichtvorhänge
• [Kontaktieren Sie uns] T9) - eine Sicherheitsprüfung für Ihr Labor oder Ihre Produktionsanlage anfordern

Erhalten Sie die Sicherheitsberatung eines Fachmanns

Das Service-Team des RCSV umfasst Robotersicherheitsspezialisten, die Ihre Installation überprüfen und Ihnen bei der Erstellung Ihrer Risikobewertungsdokumentation helfen können.

[Kontaktieren Sie unser Dienstleistungsteam]