- GND
- 1172729859
- GND
- 130008338
- GND
- 132440237
- ORCID
-
0000-0001-6055-2921
- ResearcherID
- O-4436-2014
- SCOPUS
- 58929106100
- SCOPUS
- 7102085769
- Sonstiges
- der Hochschule zugeordnet
- GND
- 12463334X
- ORCID
-
0000-0003-4219-9006
- SCOPUS
- 12797217700
- Sonstiges
- der Hochschule zugeordnet
- GND
- 2125187-3
Abstract in Deutsch:
In industriellen Produktionsbetrieben halten kollaborative Roboter verstärkt Einzug, um Menschen bei manuellen Tätigkeiten zu unterstützen. Roboter und Menschen arbeiten zeitgleich und miteinander in gemeinsamen Arbeitsräumen. Die Mensch-Roboter-Kollaboration beschreibt die engste und flexibelste Form dieser arbeitsteiligen Zusammenführung und unterliegt strengen Sicherheitsanforderungen. Sie gewährleisten, dass der kollaborative Roboter kein gesundheitliches Risiko für den Menschen darstellt. Die größten Gefahren für den Menschen gehen von einer Kollision mit dem Roboter oder einer Klemmung von Körperteilen durch den Roboter aus. Für beide Gefahren schreibt ISO/TS 15066 vor, dass der Eintritt einer Verletzung durch die Einhaltung von biomechanischen Belastungsgrenzen zu vermeiden ist. Derzeit verzeichnet ISO/TS 15066 ausschließlich Grenzwerte für Situationen, bei denen die Gefahr von einer Klemmung ausgeht. Grenzwerte für Kollisionen fehlen bisher. Die vorliegende Arbeit schließt diese Lücke. Sie stellt Ergebnisse aus einer umfangreichen Literaturrecherche vor, die den aktuellen Kenntnisstand zu stoßartigen Belastungen und ihren Verletzungsfolgen aufzeigen. Keine der gesichteten Quellen beinhaltet Belastungswerte, die sich zur Festlegung von Grenzwerten eignen, um Menschen vor Verletzungen durch Kollisionen mit einem Roboter zu schützen. Ausgehend von einer sorgfältigen Analyse zu Hergang und Wirkung eines Stoßes wird im weiteren Verlauf der Arbeit eine Probandenstudie entwickelt, deren Design die spezifischen Anforderungen an die gesuchten Grenzwerte erfüllt. Der Methoden- und Versuchsplan sah vor, die Probanden an bis zu 21 Körperstellen mit einem Stoßpendel zu belasten. Im Zuge der Versuche wurde die Belastungsintensität schrittweise erhöht, bis ein Schmerz oder eine leichte Verletzung auftraten (in Form eines Hämatoms oder einer Schwellung). Die Auswertung der Versuche zum Schmerzeintritt ergab eine Tabelle mit den gesuchten Grenzwerten, die sich dazu eignen, ISO/TS 15066 zu ergänzen. Aus dem Studienteil zum Verletzungseintritt gingen aufgrund eines kleineren Probandenkollektivs allenfalls Orientierungswerte hervor. Trotz ihrer Vorläufigkeit vermitteln sie einen interessanten Einblick auf jene Form einer Kollisionsfolge. Der abschließende Vergleich der hier ermittelten Grenz- und Orientierungswerte mit vergleichbaren Sekundärdaten zeigt, dass die Arbeit den aktuellen Kenntnisstand in der Wissenschaft fortschreibt. Darüber hinaus gehen mit den Ergebnissen zahlreiche und interessante Anknüpfungspunkte für weiterführende Arbeiten einher.
Abstract in Englisch:
The use of collaborative robots for industrial manufacturing is increasing, both to release humans from exhausting work and to improve their efficiency through specific assistive functionalities. Physical Human-Robot Collaboration refers to the closest and most flexible form of such a work-sharing situation. It is subjected to strict safety requirements that ensure the robot cannot harm the health of its co-working human. The most critical hazard is an unintended contact featuring clamping and/or impact with a robot. For both clamping and impact, ISO/TS 15066 defines that risk reduction must be achieved by ensuring the robot cannot exceed biomechanical limit values. Currently the ISO/TS 15066 only contains limits for safeguarding against clamping. Suitable values to protect humans against robot impacts are still not available. This work closes this gap. It reports on a comprehensive literature survey that gathered the current knowledge in past and recent research about impact collisions and their consequences on humans. None of the analyzed sources recorded biomechanical values from which appropriate limit values could be derived. A detailed analysis regarding impacts and their effects led to the design of a study to define the required limits values. The method and test scheme utilized impact trials whereby volunteers were subjected to collisions by means of a pendulum on up to 21 different body parts with increasing load until the onset of pain or injury occurred. The pain onset results were analyzed to create a list of proper limit values that satisfy the requirements for completing the ISO/TS 15066. The volunteer tests carried out to investigate the injury onset resulted in values, which are preliminary, since the number of volunteers was highly restricted. Nevertheless, they give an interesting and unique outlook on this stress level, with limit values that, as expected, clearly exceed those associated with the onset of pain. The closing discussion of this work compares the determined results with those from literature, and shows that it closes a huge gab in scientific knowledge. Furthermore, it also points towards exciting areas for future work and investigation.