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Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Integrieren einer Risikobeurteilung einer Kollision zwischen einem robotischen Gerät und einer menschlichen Bedienperson des robotischen Gerätes in ein für das robotische Gerät bestimmtes Kontrollgerät. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt sowie ein entsprechendes Kontrollgerät sowie ein mit dem Kontrollgerät ausgestattetes robotisches Gerät.
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Für robotische Geräte, welche Hand in Hand oder Seite an Seite mit menschlichen Bedienpersonen zusammenarbeiten, sogenannte kollaborierende Roboter oder Cobots, legen die geltenden Normen wie beispielsweise DIN EN ISO 10218-2 und ergänzend ISO/TS 15066 verschiedene Anforderungen fest, die einen sicheren Betrieb des robotischen Gerätes ermöglichen. Im besonderen Fall einer echten Kollaboration, bei der ein physischer Kontakt zwischen Mensch und robotischem Gerät zulässig ist, geben die Normen mit der Sicherheitsbetriebsart „Leistungs- und Kraftbegrenzung“ verschiedene biomechanische Grenzwerte vor, die das robotische Gerät bei einer Kollision mit der menschlichen Bedienperson nicht überschreiten darf. Sobald das robotische Gerät die Grenzwerte einhält, ist im Sinne der normativen Anforderungen das Verletzungsrisiko bei Kollision, also beispielsweise bei einem Stoß, einer Klemmung oder einer Scherung, ausreichend gemindert. Allgemein kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jedwede Art von physischem Kontakt zwischen robotischem Gerät und menschlicher Bedienperson als Kollision verstanden werden, welche einer Gefährdung der menschlichen Bedienperson zu Grunde liegt oder zu Grunde liegen kann. Die Gefährdung kann beispielsweise mechanischer und/oder chemischer und/oder thermischer und/oder elektrischer Natur sein. Beispielsweise kann ein Kontakt mit einer Klebefläche wie an einem Klebewerkzeug des robotischen Gerätes als Kollision verstanden werden. In diesem Fall kann das unten beschriebene zu ermittelnde Gefährdungsrisiko ein chemisches Gefährdungsrisiko, beispielsweise einer Vergiftung als Verletzung, umfassen oder sein. Für eine Kooperation zwischen robotischem Gerät und menschlichen Bedienperson, also einem parallelen Arbeiten mit dem robotischen Gerät ohne vorgesehenen physischen Kontakt, legt die Sicherheitsbetriebsart „Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung“ einen Mindestabstand zwischen der menschlichen Bedienperson und dem robotischen Gerät fest. Sobald dieser Mindestabstand unterschritten wird, muss das robotische Gerät stoppen und im gestoppten Zustand verbleiben, bis der Mindestabstand wieder erfüllt ist. Der im Folgenden geschilderte Ansatz bezieht sich primär auf diese beiden Sicherheitsbetriebsarten, ist aber nicht auf diese beschränkt.
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Unter einer Risikobeurteilung wird eine Vorgehensweise verstanden, die in definierten Schritten gesundheitliche Risiken analysiert, die von dem robotischen (oder einem sonstigen) Gerät ausgehen, und Maßnahmen identifiziert und ergreift, um die gesundheitlichen Risiken zu mindern. Eine Risikoanalyse umfasst dabei die folgenden Schritte:
- Schritt 1: Die Grenzen des (robotischen) Gerätes festlegen, beispielsweise Verwendungsgrenzen, aber auch technische, zeitliche und räumliche Grenzen sowie weitere beschreibende Merkmale des (robotischen) Gerätes identifizieren.
- Schritt 2: Gefährdungen für Bedienpersonen im Umfeld des (robotischen) Gerätes identifizieren, beispielsweise Kollisionen bei Fehlverhalten der Bedienperson oder einer Fehlanwendung des (robotischen) Gerätes quantifizieren.
- Schritt 3: Risiken einschätzen, welche aus den zuvor identifizierten Gefährdungen hervorgehen, beispielsweise mit dem Bilden eines Produktes aus einer Wahrscheinlichkeit der Eintrittsbedingungen mit dem möglichen Schadensausmaß der gemäß Eintrittsbedingung eingetretenen Gefährdung bilden.
- Schritt 4: Risikowert berechnen und das Gefährdungsrisiko einer Risikoklasse zuordnen, beispielsweise in ein geringes, mittleres und hohes Gefährdungsrisiko, basierend auf entsprechend festgelegten Grenzwerten für den berechneten und damit quantifizierten Risikowert.
- Schritt 5: Maßnahmen für die Risikominderung festlegen, beispielsweise in Schulungen mit den betroffenen Bedienpersonen über geringe Risiken informieren, durch technische Schutzmaßnahmen mittlere Risiken mindern, und durch konstruktive Umgestaltung des (robotischen) Geräts hohe Risiken eliminieren.
- Schritt 6: Wirksamkeit der umgesetzten Maßnahmen validieren, beispielsweise durch entsprechende Messungen.
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Bei kollaborativen robotischen Geräten erfolgt die Reduzierung von geringen Risiken in der Tat überwiegend durch Schulungen der gefährdeten Bedienpersonen. Zur Reduzierung mittlerer Risiken werden die Anforderungen für die zur jeweiligen vorliegenden Anwendung passende Sicherheitsbetriebsart umgesetzt, beispielsweise durch Einhaltung biomechanischer Grenzwerte bei der Betriebsart „Leistungs- und Kraftbegrenzung“ oder des Mindestabstands bei der Betriebsart „Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung“. Der Nachweis über die Einhaltung bzw. Erfüllung der Anforderungen der gewählten Sicherheitsbetriebsart, also die Wirksamkeit der getroffenen Maßnahmen wie in Schritt 6 beschrieben, erbringt üblicherweise ein Messverfahren, bei dem die als Gefährdungen identifizierten Situationen am realen robotischen Gerät nachgestellt und mit speziellen Messgeräten analysiert und bewertet werden. Hohe Risiken erfordern, wie auch von anderen Geräten (Maschinen) bekannt, eine konstruktive Umgestaltung, welche die Gefahrenquelle vollständig eliminiert, wie dies beispielsweise durch eine Entfernung oder Abrundung scharfer Kanten erfolgen kann.
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Die Risikobeurteilung ist im Stand der Technik ein manuell durchgeführter Prozess, der alle Lebensphasen eines (robotischen) Gerätes von der Planung bis zum Zeitpunkt der Aufnahme des Regelbetriebs, aber auch dessen Abbau und Entsorgung betrachtet. Erst wenn Inbetriebnehmer oder Betreiber des (robotischen) Gerätes alle Schritte durchgeführt und detailliert dokumentiert haben, können sie innerhalb der Europäischen Union durch die Vergabe einer CE-Kennzeichenerklärung, dass das (robotische) Gerät die gesetzlichen Vorschriften nach europäischer Maschinenrichtlinie, derzeit MRL 2006/42/EG, und damit auch die Vorschriften der anwendbaren harmonisierten Normen wie beispielsweise DIN EN ISO 10218-1/-2 erfüllt.
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Die Einhaltung der Anforderungen der gewählten Sicherheitsbetriebsart, beispielsweise mit Einhaltung der biomechanischen Grenzwerte, erzielt eine ausreichende Reduzierung mittlerer Risiken im Sinne der geltenden Normen und der Maschinenrichtlinie. Die Bedingungen für den messtechnischen Nachweis über die Wirksamkeit der betroffenen Maßnahmen leiten sich dabei aus den schriftlich zusammengetragenen Angaben in der Risikobeurteilung her. Sie zeigen unter anderem dem Prüfer auf, welche Situationen mit Gefährdungen der Bedienpersonen einhergehen. Aus diesen Situationen wählt der Prüfer dann Zeitpunkt, beispielsweise den Moment im Programmablauf, und die Bereiche, beispielsweise Punkte an der Oberfläche des robotischen Gerätes, aus, welche messtechnisch für den Wirksamkeitsnachweis zu überprüfen sind.
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Die Festlegung des Messzeitpunkts und die Herstellung der Messanordnung ist dabei sehr aufwändig, da in schriftlichen und teils lückenhaften Angaben in der Risikobeurteilung häufig wichtige Details fehlen, welche für eine ordnungsgemäße Durchführung und Dokumentation der Messung notwendig sind, beispielsweise die Geschwindigkeit des robotischen Geräts an dem relevanten Punkt zum Zeitpunkt der Kollision. Außer dem hohen Aufwand stellt die Übertragung der Angaben für die Einrichtung der Messpunkte eine potentielle Fehlerquelle dar, die einen negativen Einfluss auf die Aussagegenauigkeit der messtechnischen Bewertung haben kann.
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Überdies muss bei jeder Änderung am bereits in Betrieb genommenen robotischen Gerät überprüft werden, ob es sich bei der Änderung um eine wesentliche Änderung handelt, welche sich auf die Gültigkeit der Risikobeurteilung auswirkt. Wenn nämlich durch die Änderung neue Gefährdungen hinzukommen, verliert die bestehende Risikobeurteilung ihre Gültigkeit und das (robotische) Gerät darf nicht mehr betrieben werden. Der Betreiber des (robotischen) Geräts muss also prüfen, ob eine wesentliche Änderung vorliegt, und wenn ja, auf welche Bestandteile der Risikobeurteilung sich die geplanten oder durchgeführten Änderungen auswirken. Erst nach Abschluss der Prüfung zeigt sich dann, ob die bisher getroffenen Maßnahmen zur Risikominderung weiterhin wirksam sind oder neue Maßnahmen getroffen werden müssen, welche bis zur vollständigen Rekonfiguration des (robotischen) Geräts führen können.
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Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Risikobeurteilung zu vereinfachen, insbesondere für eine Änderung an einem (robotischen) Gerät nach dessen erster Inbetriebnahme.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung, und den Figuren.
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Ein Aspekt betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum Integrieren einer Risikobeurteilung einer Kollision zwischen einem robotischen Gerät und einer menschlichen Bedienperson des robotischen Geräts in ein für das robotische Gerät bestimmtes Kontrollgerät. Das Kontrollgerät kann dabei mit dem robotischen Gerät gekoppelt sein oder nicht, da es beispielsweise separat verkauft werden kann. Das robotische Gerät kann insbesondere einen sog. Cobot, einen kollaborativen Roboter umfassen, oder allgemein ein sonstiges Gerät, eine Maschine. Das robotische Gerät kann insbesondere einen Roboterarm mit einem oder mehreren Gliedern aufweisen. Das Verfahren umfasst dabei eine Reihe von Verfahrensschritten:
- Ein Verfahrensschritt ist ein Einlesen von Befehlsdaten aus einem Programm-Modul des Kontrollgeräts, welche bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Kontrollgeräts und damit des robotischen Gerätes zur Übermittlung an ein Steuerungs-Modul des Kontrollgeräts und damit zur Verwendung in dem Steuerungs-Modul vorgesehen sind, durch ein Beurteilungs-Modul des Kontrollgeräts. Sowohl das Programm-Modul, das Steuerungs-Modul als auch das Beurteilungs-Modul können dabei in jeweiligen Mikroprozessoren umgesetzt sein, oder auch in einem gemeinsamen Mikroprozessor oder einer gemeinsamen Mikroprozessoranordnung, beispielsweise einem Computer. Das Kontrollgerät, beispielsweise der Computer, kann bei Gebrauch mit einem (realen oder virtuellen) robotischen Gerät gekoppelt werden. Das Programm-Modul dient dabei dem Programmieren des robotischen Geräts, das Steuerungs-Modul dem Steuern des robotischen Gerätes entsprechend der im Programm-Modul hinterlegten Programmierung, wobei das Steuerungs-Modul das robotische Gerät entsprechend den der Programmierung entsprechenden Befehlsdaten des Programm-Moduls steuert.
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Alternativ oder ergänzend zum Einlesen der Befehlsdaten erfolgt durch das Beurteilungs-Modul ein Einlesen von Maschinendaten aus dem Steuerungsmodul des Kontrollgeräts, welche das robotische Gerät, insbesondere technische Merkmale des robotischen Geräts, spezifizieren. Auch das Einlesen weiterer Daten, auch ergänzender Maschinendaten aus anderen Quellen, beispielsweise Datenbanken, dem Internet, oder aus einer Nutzereingabe ist möglich. So kann beispielsweise in Form der Maschinendaten eine Typbezeichnung des robotischen Geräts eingelesen werden, und dann aus einer anderen Quelle, beispielsweise dem Internet oder einer lokalen Datenbank, weitere Maschinendaten, beispielsweise Abmessungen, Geometrien, und Massen des robotischen Gerätes als technische Merkmale eingelesen werden.
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Ein weiterer Verfahrensschritt ist ein Ermitteln, welches insbesondere als Quantifizieren verstanden werden kann, zumindest eines Gefährdungsrisikos, also eines oder mehrerer Gefährdungsrisiken, basierend auf den eingelesenen Befehls- und/oder Maschinendaten und zumindest einem abgespeicherten, dem jeweiligen Gefährdungsrisiko zugeordneten Risikoprofil, welches zum automatischen Ermitteln des jeweiligen Gefährdungsrisikos erforderliche Informationen enthält, durch das Beurteilungs-Modul. Einem Risikoprofil können auch mehrere unterschiedliche Gefährdungen und damit Gefährdungsrisiken zugeordnet sein. Das jeweilige Gefährdungsrisiko kann beispielsweise per Algorithmus (insbesondere per Simulation) ermittelt oder quantifiziert werden. Dabei kann ein Nutzer des Verfahrens weitere für das Ermitteln des Gefährdungsrisikos erforderliche Daten, welche nicht eingelesen wurden, eingeben oder zur Eingabe fehlender Daten aufgefordert werden. Ein Teil des Ermittelns kann also ein Ergänzen für das Ermitteln des Gefährdungsrisikos erforderlicher Information sein.
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Beispielsweise kann ein Gefährdungsrisiko ermittelt werden, indem die Wahrscheinlichkeiten für eine oder mehrere entsprechende Eintrittsbedingungen (welche Teil der erforderlichen Information sein können) mit einem potentiellen Schadensausmaß (welches Teil der erforderlichen Information sein kann) multipliziert werden. Das ermittelte Gefährdungsrisiko wird durch das Beurteilungs-Modul auch klassifiziert, wobei durch das Beurteilungs-Modul in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Klassifizierens unterschiedliche weitere Schritte eingeleitet werden: Nämlich ein Ausgeben einer Warnung an den Nutzer, insbesondere ein Anzeigen einer Information über das Gefährdungsrisiko, und/oder ein Ermitteln einer oder mehrerer Maßnahmen zum Verringern des Gefährdungsrisikos und Ausgeben, insbesondere Anzeigen, der Maßnahme oder der Maßnahmen zur jeweiligen Auswahl oder Freigabe durch einen Nutzer. Die Warnung kann dabei auch über ein Steuersignal ausgegeben werden. Nach Auswählen oder Freigeben zumindest einer Maßnahme durch den Nutzer des hier beschriebenen Verfahrens erfolgt durch das Beurteilungs-Modul ein Ausgeben eines Steuersignals zum Umsetzen der ausgewählten Maßnahme oder Maßnahmen im Programm-Modul und/oder im Steuerungs-Modul. Das Steuersignal kann dabei direkt an das Programm-Modul und/oder Steuerungs-Modul ausgegeben werden, alternativ oder ergänzend auch an ein Anzeige-Modul, welches den Nutzer zum Umsetzen der ausgewählten Maßnahme auffordert. Die vom Nutzer ausgewählte Maßnahme oder ausgewählten Maßnahmen können also automatisch nach dessen Freigabe oder Auswahl durch das Beurteilungs-Modul umgesetzt werden.
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Mit dem geschilderten Ansatz können die Schritte der Risikobeurteilung in den Programmiervorgang integriert werden, da die Risikobeurteilung und die Programmierung des robotischen Geräts über das Einlesen der Befehlsdaten miteinander verschmelzen. Beispielsweise kann das Ermitteln des zumindest einen Gefährdungsrisikos und die folgenden Schritte parallel zum Programmieren des Programm-Moduls erfolgen, sei es durch ein fortlaufendes Einlesen der Befehlsdaten oder ein durch ein Auslöseereignis wie das Ablaufen einer vorgegebenen Zeitspanne oder das Verändern der im Programm-Modul abgespeicherten Befehlsdaten ausgelöstes wiederholtes Einlesen der Befehlsdaten. Damit kann das Verfahren bereits bei der Planung eines Arbeitsablaufs für das robotische Gerät genutzt werden. Bei dem Ansatz werden gezielt einzelne Teilschritte der Risikobeurteilung analysiert, was dazu führt, dass die relevanten Daten automatisch im Beurteilungs-Modul gespeichert und damit in Datenhaltung und Dokumentation zur Risikobeurteilung kohärent und transparent verfügbar gemacht werden.
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Durch die Risikoprofile wird ein unmittelbarer Bezug zwischen den eingelesenen Daten und den Gefährdungsrisiken hergestellt, welcher ein Nachführen der Risikobeurteilung bei einem Ändern des robotischen Gerätes umstandslos ermöglicht, zugleich aber auch erlaubt, direkt und sogar automatisch Maßnahmen zur Verringerung der jeweiligen Gefährdungsrisiken zu identifizieren, vorzuschlagen, und auch automatisch auszuführen. Das vorgeschlagene Verfahren basiert somit auf der Erkenntnis, dass die bisher eigenständig und getrennt durchgeführten Vorgänge der Programmierung des robotischen Gerätes und der Durchführung der Risikobeurteilung teilweise auf den gleichen Daten beruhen, welche bisher jedoch per Hand identifiziert und in das jeweils andere System übertragen werden müssen. Daher sind bei der Zusammenführung von Programmieren und Risikobeurteilung Synergien nutzbar. Im beschriebenen Verfahren werden die digital vorhandenen Daten, nämlich die Befehlsdaten und die Maschinendaten, eigenständig ermittelt und für die Risikobeurteilung genutzt. Die zum Ermitteln eines Gefährdungsrisikos genutzten Risikoprofile können dabei durch einen Nutzer des Verfahrens eingesehen und falls erforderlich ergänzt und/oder verändert werden. Entsprechend können durch das Beurteilungs-Modul von dem Nutzer auch fehlende Daten im Risikoprofil, welche jedoch für ein jeweiliges Ermitteln eines vorliegenden Gefährdungsrisikos erforderlich sind, abgefragt werden. Die abgefragte Information kann beispielsweise die Umstände einer Gefährdung wie Wahrscheinlichkeiten für Eintrittsbedingungen einer jeweiligen Gefährdung und/oder die Eintrittsbedingungen einer jeweiligen Gefährdung und/oder Schadensschwere oder -Potenzial einer jeweiligen Gefährdung betreffen. Die Risikoprofile können somit neben den automatisch ermittelten Informationen aus den Befehlsdaten und/oder Maschinendaten auch Information enthalten, welche das Beurteilungs-Modul im Dialog mit dem Nutzer interaktiv erfragt. Die Daten können auch dauerhaft in dem Beurteilungs-Modul bzw. in dem jeweiligen Risikoprofil abgespeichert werden. Durch das Ausgeben der Warnung an den Nutzer bzw. das Ausgeben jeweiliger ermittelter Maßnahmen zur entsprechenden Auswahl an einen Nutzer wird sichergestellt, dass die Verantwortung für die Risikobeurteilung rechtskonform beim Nutzer des Verfahrens verbleibt. Somit kann die Risikobeurteilung rechtskonform vereinfacht werden.
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Die hier vorgestellte integrierte Risikobeurteilung reduziert den zeitlichen Aufwand, den Betreiber robotischer Geräte heute bestreiten, um ihre Anwendung rechts- und regelkonform hinsichtlich der Risiken zu analysieren. Von den Verbesserungen profitieren insbesondere Programmierer, die bisher nur wenig Erfahrung bei der Durchführung einer Risikobeurteilung haben. Die Kopplung der Risikobeurteilung mit der Steuerung und der Programmierung des robotischen Geräts sorgt für einen durchgängigen Austausch von Daten und Informationen, die Ersteller einer Risikobeurteilung heute mühsam zusammentragen und dokumentieren. Durch die Möglichkeit anhand der Daten auch Simulationen für die Bestimmung des Gefahrenpotentials oder von geeigneten Schutzmaßnahmen durchzuführen, schafft die integrierte Risikobeurteilung einen weiteren Mehrwert für den Nutzer. Da es sich bei der integrierten Risikoanalyse um ein vollständig digitalisiertes Verfahren zur Risikobeurteilung handelt, kann sie auch bei der Planung von Applikationen zum Einsatz kommen. Die während der Planung vorbereitete Risikobeurteilung ließe sich dann nach Aufbau der Applikation weiterführen, verfeinern und abschließen. Mit der Anwendung der integrierten Risikobeurteilung in der Planung ergibt sich der Vorteil, dass sie dabei hilft, die jeweilige Anwendung im Einklang mit den geltenden Sicherheitsanforderungen zu bringen und dadurch Planungsfehler zu vermeiden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass das Risikoprofil eine oder mehrere der folgenden Informationen umfasst, nämlich eine Information zu einer Art der Kollision, insbesondere, ob es sich bei der Kollision um eine Kollision mit einer mechanischen Gefährdung, insbesondere um eine Klemmung, beispielsweise eine (vergleichsweise langsame) quasistationäre Klemmung, oder einen Stoß, beispielsweise einen freien Stoß oder einen (vergleichsweise schnellen) klemmenden Stoß, oder eine sonstige Kollision handelt, insbesondere eine Kollision mit einer chemischen Gefährdung, beispielsweise durch einen Klebstoff, und/oder eine Kollision mit einer thermischen Gefährdung, beispielsweise durch ein Lötwerkzeug, und/oder eine Kollision mit einer elektrischen Gefährdung, beispielsweise durch ein Schweißwerkzeug; eine Information zu einer Art einer durch die Kollision gefährdete Körperstelle der menschlichen Bedienperson, insbesondere eine Spezifikation der gefährdeten Körperstelle und/oder ein biomechanischer Grenzwert für die gefährdete Körperstelle; eine Information zu einer Position eines an der Kollision beteiligten Kontaktpunktes des robotischen Geräts, insbesondere eine Form des robotischen Geräts an dem Kontaktpunkt; eine Information zu einer Körperhaltung der menschlichen Bedienperson bei der Kollision; eine Information zu einer Häufigkeit und/oder Wahrscheinlichkeit der Kollision, beispielsweise in Form von Wahrscheinlichkeiten für Eintrittsbedingungen jeweiliger Gefährdungen und/oder den Eintrittsbedingungen jeweiliger Gefährdungen; eine Information zu einer Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung; eine Information zu einer Schadensschwere der Kollision; insbesondere einer Verletzungsschwere der menschlichen Bedienperson bei der Kollision. Wie einleitend beschrieben kann jedwede Art von physischem Kontakt zwischen robotischem Gerät und menschlicher Bedienperson als Kollision verstanden werden, welche einer Gefährdung der menschlichen Bedienperson zu Grunde liegt oder zu Grunde liegen kann. Die genannten Informationen können dabei insbesondere in Form von standardisierten Multiple-Choice-Strukturen hinterlegt werden, was einerseits ein Nachtragen der Informationen durch den Nutzer in dem Risikoprofil durch die Standardisierung erleichtert und andererseits durch die Standardisierung auch eine Verwertung der Informationen in dem Beurteilungs-Modul durch entsprechende Algorithmen oder Simulationen erleichtert. Die genannten Informationen sind dabei für das Ermitteln des Gefährdungsrisikos besonders nützlich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass, insbesondere vor dem Ermitteln des Gefährdungsrisikos, ein oder mehrere der Risikoprofile durch eine Nutzereingabe mit einem oder mehreren jeweiligen Programmabschnitten der Befehlsdaten verknüpft werden. Ein Programmabschnitt kann dabei ein Teil eines Bewegungsbefehls sein oder aus mehreren Bewegungsbefehlen bestehen bzw. mehrere Bewegungsbefehle umfassen. Dabei ist es auch möglich, einem Programmabschnitt mehrere Risikoprofile zuzuweisen, so dass sich Programmabschnitte unterschiedlicher Risikoprofile überschneiden oder Teil voneinander sind. Insbesondere kann durch die Nutzereingabe auch eine Eintrittsbedingung für die Gefährdung spezifiziert werden, welche dem Gefährdungsrisiko zugeordnet ist, welches dem jeweiligen Risikoprofil entspricht. Durch die Verknüpfung der Risikoprofile mit Abschnitten des Programms erhält das Beurteilungsmodul einen direkten und zeitgenauen Zugriff auf verschiedene Zustände des robotischen Geräts, beispielsweise Positionen und Geschwindigkeiten, so dass Informationen wie beispielsweise die Position und Geschwindigkeit des robotischen Geräts zum Zeitpunkt der Gefährdung für das Ermitteln des Gefährdungsrisikos präzise vorliegen. Entsprechend müssen diese Angaben nicht mehr umständlich per Hand ermittelt und dokumentiert werden, sondern sind präzise abrufbar. Damit kann beispielsweise auch ein potentielles Schadensausmaß präziser ermittelt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Ermitteln des Gefährdungsrisikos, insbesondere nach Einlesen der Maschinendaten und/oder Befehlsdaten, durch eine Nutzereingabe Verwendungsgrenzen des robotischen Geräts festgelegt werden, welche einen von dem robotischen Gerät bei bestimmungsgemäßem Gebrauch genutzten Raumbereich und/oder Geschwindigkeitsbereich und/oder Kraftbereich eingrenzen. Das hat den Vorteil, dass der Zustandsraum des robotischen Gerätes, in welchem Gefährdungsrisiken ermittelt und Maßnahmen zum Verringern des Gefährdungsrisikos identifiziert werden, verkleinert wird, so dass das Verfahren schneller und zuverlässiger wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass, wenn festgestellt wird, dass ein Risikoprofil ein unvollständiges Risikoprofil ist, welches nicht alle zum automatischen Ermitteln des jeweiligen Gefährdungsrisikos erforderlichen Angaben enthält, der Nutzer automatisch aufgefordert wird, das Risikoprofil durch eine Nutzereingabe zu vervollständigen. Damit kann die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei dem Klassifizieren des ermittelten Gefährdungsrisikos das jeweilige Gefährdungsrisiko in eine von zumindest drei oder genau drei Klassen klassifiziert wird: die Klasse eines geringen Risikos, die Klasse eines mittleren Risikos und die Klasse eines hohen Risikos. Dabei kann insbesondere die jeweilige Warnung an den Nutzer ausgegeben werden, falls das Gefährdungsrisiko als geringes Risiko oder als hohes Risiko klassifiziert wird, und die Maßnahme oder Maßnahmen zur Verringerung des Gefährdungsrisikos ermittelt und zur jeweiligen nutzerseitigen Auswahl ausgegeben werden, falls das Gefährdungsrisiko als mittleres Risiko klassifiziert wird. Zeigen also beispielsweise Simulationsergebnisse, dass das potentielle Schadensausmaß einer Gefährdung in Kombination mit der Wahrscheinlichkeit der Eintrittsbedingungen einem mittleren Risiko gleichkommt, kann das Beurteilungs-Modul adäquate und zielführende Maßnahmen zur Risikominderung vorschlagen, beispielsweise eine Geschwindigkeitsgrenze, bei welcher das robotische Gerät die geltenden biomechanischen Grenzwerte einhalten würde. Außerdem kann das Beurteilungs-Modul aus den Daten die idealen Momente und Stellen, d. h. Augenblicke und Orte, für eine korrekte und zuverlässige Validierung eines tatsächlichen Verletzungsrisikos ermitteln und in einem Plan zusammenstellen. Dieser Plan kann ausgegeben werden und dem Nutzer des Verfahrens somit präzise aufzeigen, in welchen Situationen und an welchen Stellen das robotische Gerät messtechnisch zu überprüfen ist, um die Wirksamkeit der getroffenen Maßnahmen für die Minderung der mittleren Risiken bewerten zu können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die eine oder mehrere Maßnahmen zum Verringern des Gefährdungsrisikos ein Vorgeben von Bewegungsgrenzen, insbesondere von Geschwindigkeitsgrenzen, in dem Programm-Modul und/oder von zumindest einem Parameter für einen oder mehrere Sicherheitsfunktionen, beispielsweise eine Notabschaltung, in dem Steuermodul umfasst. Die Maßnahmen können auch zusätzlich in Abhängigkeit einer jeweilig eingestellten Sicherheitsbetriebsart, beispielsweise der Sicherheitsbetriebsart „Leistungs- und Kraftbegrenzung“ oder der Sicherheitsbetriebsart „Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung“ gewählt werden.
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Diese Maßnahmen sind für ein automatisches Verringern des Gefährdungsrisikos besonders geeignet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die aus dem Programm-Modul und/oder Steuerungs-Modul eingelesenen Daten wiederholt eingelesen werden und bei einer Änderung gegenüber den zuvor eingelesenen Daten überprüft wird, ob die Änderung an den Daten auch eine Änderung eines des zumindest einen zugeordneten Gefährdungsrisikos nach sich zieht, und, wenn dies der Fall ist, die Verfahrensschritte des Ermittelns zumindest eines Gefährdungsrisikos, des Klassifizierens des ermittelten Gefährdungsrisikos, und des Ermittelns der Maßnahmen zur Verringerung des Gefährdungsrisikos mit dem Ausgeben zur Auswahl des Nutzers oder das Ausgeben der Warnung an den Nutzer sowie, nach Auswahl zumindest der einen Maßnahme durch den Nutzer, das Ausgeben eines Steuersignals zum Umsetzen der ausgewählten Maßnahme oder Maßnahmen im Programm-Modul und/oder Steuerungs-Modul für die geänderten Daten durchgeführt werden. Damit wird eine Validierungsfunktion erzielt, welche sicherstellt, dass bei einem Ändern des robotischen Gerätes die Validität der Risikobeurteilung erhalten bleibt bzw. die Risikobeurteilung angepasst wird und neue Maßnahmen zur Verringerung des Gefährdungsrisikos vorgeschlagen werden. Die Validierungsfunktion kann auch in einer Planungsphase für eine Anlage mit dem robotischen Gerät genutzt werden, beispielsweise mit einem virtuellen robotischen Gerät.
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Ein Aspekt betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein Kontrollgerät für ein robotisches Gerät, zum Integrieren einer Risikobeurteilung einer Kollision zwischen einer menschlichen Bedienperson und dem robotischen Gerät, mit einem Programm-Modul, einem Steuerungs-Modul, und einem Beurteilungs-Modul. Dabei ist das Beurteilungs-Modul ausgebildet, aus dem Programm-Modul Befehlsdaten, welche bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Kontrollgeräts und damit des robotischen Geräts zur Übermittlung an das Steuerungs-Modul des Kontrollgeräts und damit zur Verwendung in dem Steuerungs-Modul vorgesehen sind, und/oder aus dem Steuerungs-Modul Maschinendaten, welche das robotische Gerät spezifizieren, einzulesen, sowie ferner dazu, basierend auf den eingelesenen Daten und zumindest einem abgespeicherten einem Gefährdungsrisiko zugeordneten Risikoprofil, welches zum automatischen Ermitteln des jeweiligen Gefährdungsrisikos erforderliche Angaben enthält, zumindest ein Gefährdungsrisiko zu ermitteln und das ermittelte Gefährdungsrisiko zu klassifizieren, in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Klassifizierens entweder eine oder mehrere Maßnahmen zum Verringern des Gefährdungsrisikos zu ermitteln und die Maßnahme oder Maßnahmen zur jeweiligen nutzerseitigen Auswahl auszugeben oder aber eine Warnung an einen Nutzer auszugeben, sowie dazu, nach Auswahl zumindest einer Maßnahme durch den Nutzer ein Steuersignal zum Umsetzen der ausgewählten Maßnahme oder Maßnahmen im Programm-Modul und/oder im Steuerungs-Modul auszugeben.
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Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Kontrollgeräts entsprechend Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens.
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Ein weiterer Aspekt betrifft ein robotisches Gerät mit einem solchen Kontrollgerät.
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Die vorstehend in der Beschreibung, auch im einleitenden Teil, genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
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Anhand der in den nachfolgenden Figuren gezeigten schematischen Zeichnungen soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens;
- 2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kontrollgeräts mit einem zugeordneten robotischen Gerät; und
- 3 eine beispielhafte Illustration der Zuordnung von unterschiedlichen Risikoprofilen zu Programmabschnitten der Befehlsdaten.
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Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine beispielhafte Risikobeurteilung. Dabei wird zwischen durch den Nutzer ausgeführten Verfahrensschritten X und durch das Beurteilungs-Modul durchgeführten Verfahrensschritten Y unterschieden. Im gezeigten Beispiel erfolgen nach dem Start des Verfahrens zunächst ein Einlesen 1 von Befehlsdaten 24 (2) sowie ein Einlesen 2 von Maschinendaten 25 (2). Dies ist hier gefolgt von einem Festlegen von Verwendungsgrenzen 3 für das robotische Gerät 26 (2) durch eine Nutzereingabe. Das Einlesen 1, 2 und das Festlegen 3 entsprechen als Teil A des Verfahrens dem Schritt 1 der Risikobeurteilung, dem Festlegen der Grenzen des robotischen Gerätes.
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Auf den Schritt 3 erfolgt ein Vervollständigen 4 eines in dem Beurteilungs-Modul 23 (2) abgespeicherten Risikoprofils k, k+1 (3), welches zum automatischen Ermitteln 8 (s.u.) eines zugeordneten Gefährdungsrisikos erforderliche Informationen enthält. Darauf folgt ein Abspeichern 5 des vervollständigten Risikoprofils und vorliegend auch ein Verknüpfen 6 von einem oder mehreren Risikoprofilen mit einem oder mehreren jeweiligen Programmabschnitten der Befehlsdaten durch eine Nutzereingabe. Das Vervollständigen 4, das Abspeichern 5 und das Verknüpfen 6 entsprechen als Abschnitt B des Verfahrens damit dem Schritt 2 der üblichen Risikobeurteilung, dem Identifizieren und Beschreiben von Gefährdungen für Bedienpersonen im Umfeld des robotischen Gerätes.
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Im gezeigten Beispiel folgt auf das Verknüpfen 6 ein Spezifizieren 7 von einer oder mehreren Eintrittsbedingungen für eine jeweilige Gefährdung, insbesondere mit einer zugeordneten Eintrittswahrscheinlichkeit. Dies ist hier gefolgt von dem Ermitteln 8 zumindest eines Gefährdungsrisikos basierend auf den eingelesenen Daten und dem zumindest einen abgespeicherten, dem jeweiligen Gefährdungsrisiko zugeordneten Risikoprofil. Das Spezifizieren 7 und das Ermitteln 8 entsprechen als Abschnitt C des Verfahrens dem Schritt 3 der konventionellen Risikobeurteilung, dem Einschätzen von Risiken, welche aus den zuvor identifizierten Gefährdungen hervorgehen.
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Auf das Ermitteln 8 folgt ein Klassifizieren 9 des ermittelten Gefährdungsrisikos, welches als Abschnitt D auch dem Schritt 4 der bekannten Risikobeurteilung entspricht, dem Berechnen eines Risikowertes und ggf. Zuordnen einer Risikoklasse.
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In Abhängigkeit eines Ergebnisses des Klassifizierens 9 wird im gezeigten Beispiel im nächsten Schritt 10 eine oder mehrere Maßnahmen 27, 28 (2) zum Verringern des Gefährdungsrisikos ermittelt sowie darauf folgend in Schritt 11 die Maßnahme oder Maßnahmen zur jeweiligen Auswahl durch einen Nutzer ausgegeben. Darauf folgt ein Auswählen 12 zumindest einer Maßnahme durch den Nutzer sowie vorliegend entsprechend ein automatisches Umsetzen der ausgewählten Maßnahme oder Maßnahmen durch ein Ausgeben 13 eines entsprechenden Steuersignals. Die Schritte 10 bis 13 entsprechen dabei als Abschnitt D des Verfahrens dem Schritt 5 in der herkömmlichen Risikobeurteilung, dem Festlegen von Maßnahmen für die Risikominderung, dem Informieren über geringe Risiken, dem Mindern mittlerer Risiken und dem Eliminieren von hohen Risiken.
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Auf das Ausgeben 13 folgt im vorgestellten Beispiel auch ein automatisches Erstellen eines Plans für eine Sicherheitsvalidierung 14 mit einer Angabe, in welchen Situation und an welchen Stellen das robotische Gerät messtechnisch zu überprüfen ist, um die Wirksamkeit der getroffenen Maßnahmen für die Minderung des Gefährdungsrisikos zu bewerten. Dieser Plan ist vorliegend gefolgt von einem Umsetzen 15 des Plans für die Sicherheitsvalidierung durch den Nutzer, da das Beurteilungs-Modul sich nicht selbst überprüfen solle. Alternativ oder ergänzend kann auch ein Validierungsmodul vorgesehen sein, welches die Messung durch den Nutzer mit einem modellbasierten Ansatz, also einer Simulation, ersetzt oder ergänzt. Die Schritte 14 und 15 entsprechen als Abschnitt F des hier beschriebenen Verfahrens dem Schritt 6 in der herkömmlichen Risikobeurteilung, dem Validieren der Wirksamkeit der umgesetzten Maßnahmen.
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Schließlich erfolgt im vorliegenden Beispiel noch ein automatisches Erstellen und Ausgeben einer entsprechenden Dokumentation des Verfahrens, in welcher sämtliche maßgeblichen Daten umfasst sind.
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In 2 ist eine schematische Darstellung eines Kontrollgeräts zum Durchführen des Verfahrens sowie ein entsprechendes robotisches Gerät dargestellt. Das Kontrollgerät 20 umfasst dabei ein Programm-Modul 21, ein Steuerungs-Modul 22, sowie ein Beurteilungs-Modul 23. Das Beurteilungs-Modul 23 ist dabei ausgebildet, aus dem Programm-Modul 21 Befehlsdaten 24, welche zur Übermittlung an das Steuerungs-Modul 22 vorgesehen sind, auszulesen. Alternativ oder ergänzend ist das Beurteilungs-Modul 23 ausgebildet, Maschinendaten 25, welche das robotische Gerät 26 spezifizieren, einzulesen. Ferner ist das Beurteilungs-Modul 23 ausgebildet, zumindest ein Gefährdungsrisiko, basierend auf den eingelesenen Daten 24, 25 und zumindest einem abgespeicherten zugeordneten Risikoprofil k, k+1 (3), welches zum automatischen Ermitteln des jeweiligen Gefährdungsrisikos erforderliche Angaben enthält, zu ermitteln, das ermittelte Gefährdungsrisiko zu klassifizieren, und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Klassifizierens entweder eine oder mehrere Maßnahmen 27, welche das Programm und damit das Programm-Modul betreffen, und/oder eine oder mehrere Maßnahmen 28, welche die Steuerung und damit das Steuerungs-Modul 22 betreffen, zum Verringern des Gefährdungsrisikos zu ermitteln und diese Maßnahmen nach Auswahl oder Freigabe durch einen Nutzer vorliegend in dem Programm-Modul 21 und/oder dem Steuerungs-Modul 22 umzusetzen. Das Steuerungs-Modul 22 dient dabei dem Steuern des robotischen Geräts 26 mittels entsprechender Signale 29, 291.
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In 3 ist anhand eines beispielhaften Satzes von Befehlsdaten mit Befehlen (i), (i+1), (i+2), (i+3) sowie (i+1).1, (i+1).2, (i+1).3 und (i+3).1, (i+3).2 eine beispielhafte Verknüpfung von Risikoprofilen k, k+1 dargestellt. Im gezeigten Beispiel ist dabei ein erstes Risikoprofil k mit den Befehlen i, i+1 und i+2 einer ersten Befehlsgruppe, und somit auch den zu Befehl (i+1) gehörigen Unterbefehlen (i+1).1, (i+1).2, (i+1).3 verknüpft. Ein weiteres Risikoprofil k+1 ist hier ausschließlich mit den Unterbefehlen (i+1).1, (i+1).2, (i+1).3 verknüpft, so dass die genannten Unterprofile sowohl mit dem Risikoprofil k als auch mit dem Risikoprofil k+1 verknüpft sind. Dies ist ein Beispiel für die Möglichkeit eines flexiblen und genauen Beurteilens auftretender Risiken.
