Pinch Point

Auch genannt: crush point, trapping point
Kategorie: Control › Human in the loop
Schlagwörter: safety, risk-assessment, collaborative-robots, machine-safety, workcell-design

Eine Stelle, an der ein Körperteil eines Menschen zwischen zwei Teilen eines Roboters oder zwischen dem Roboter und einem feststehenden Objekt eingeklemmt werden kann, wenn sich der Spalt zwischen ihnen schließt.

Definition

Eine Quetschstelle (pinch point) ist jede Stelle, an der ein sich schließender Spalt einen Körperteil eines Menschen einklemmen kann, meist Finger oder eine Hand. An einem Roboter kann sie zwischen zwei seiner eigenen Glieder entstehen, etwa dort, wo der Ellbogen eng einknickt oder das Handgelenk sich dem Unterarm nähert, zwischen Greiferfingern oder zwischen dem Roboter und einem feststehenden Objekt wie einem Tisch, einer Vorrichtung, einer Wand oder einem Förderband. Die Maschinensicherheit verwendet mehrere verwandte Begriffe: Quetsch- oder Klemmgefährdungen, bei denen ein Körperteil zusammengedrückt wird, Schergefährdungen, bei denen zwei Kanten aneinander vorbeigleiten, und Einzugsstellen, an denen rotierende Teile Material einziehen. Quetschstelle ist der alltägliche Begriff, der die Fälle des Einklemmens abdeckt.

Quetschstellen sind besonders wichtig für Roboter, die in der Nähe von Menschen arbeiten, weil ein Kontakt, der im freien Raum harmlos wäre, gefährlich werden kann, wenn der Körperteil nicht ausweichen kann. Leitlinien für kollaborierende Roboter unterscheiden daher transienten Kontakt, bei dem ein Mensch zurückzucken kann, von quasistatischem oder klemmendem Kontakt, bei dem der Mensch zwischen Roboter und Objekt gedrückt wird, und behandeln das Klemmen strenger. Allgemeine Normen zur Maschinensicherheit legen Mindestabstände fest, die das Quetschen bestimmter Körperteile vermeiden; ein Konstruktionsansatz besteht daher darin, Öffnungen entweder groß genug zu halten, dass nichts gequetscht wird, oder zu klein, als dass Finger hineinpassen.

Quetschstellen hängen sowohl von der mechanischen Konstruktion als auch von der Bewegung ab. Konstrukteure verringern sie durch Gliedformen und Abdeckungen, die ein enges Einknicken verhindern, begrenzte Gelenkbereiche und Polsterung. Programmierer verringern sie, indem sie Trajektorien von feststehenden Flächen fernhalten, Posen vermeiden, in denen Glieder in der Nähe eines Menschen aufeinander einknicken, dort langsamer fahren, wo sich Spalte schließen, und sicherstellen, dass ein angehaltener Roboter bewegt oder rückwärts getrieben werden kann, um eine eingeklemmte Hand zu befreien. Automatische Prüfungen von Roboterprogrammen können Posen oder Bahnen markieren, in denen die Abstände zwischen Gliedern oder zwischen Glied und Umgebung unter einen Schwellwert fallen.

Warum es wichtig ist

Quetschstellen gehören zu den häufigsten Gefährdungen, die bei Risikobeurteilungen von Roboterzellen festgestellt werden, und sie bleiben auch bei kraftbegrenzten kollaborativen Armen eine Gefährdung, weil Klemmen schon bei geringer Kraft hohen Druck erzeugen kann. Sie sowohl in der Hardware als auch im Programm zu erkennen, ist eine Grundfertigkeit für alle, die Roboter in der Nähe von Menschen einsetzen.

Wichtige Anwendungen

Risikobeurteilung von Roboterzellen und kollaborativen Arbeitsplätzen
Mechanische Konstruktion von Gliedern, Abdeckungen und Greifern
Prüfen von Roboterprogrammen und Trajektorien auf Einklemmgefährdungen
Platzieren von Vorrichtungen und Arbeitsflächen um einen kollaborativen Arm
Schulung von Bedienern, wo sie ihre Hände während der Roboterbewegung halten sollen

In der Praxis

Ein Techniker erzeugt über eine natürlichsprachliche Schnittstelle ein Pick-and-Place-Programm für einen kollaborativen Arm an einer Werkbank. Vor der Ausführung geht ein Prüfwerkzeug die geplante Trajektorie in der Simulation Schritt für Schritt durch und berechnet den Abstand zwischen Unterarm und Oberarm sowie zwischen Greifer und Werkbankoberfläche. Es findet einen Abschnitt, in dem der Ellbogen scharf einknickt, während der Greifer wenige Zentimeter über der Werkbank neben der Stelle vorbeifährt, an der die Hände des Bedieners ruhen. Das Werkzeug markiert ihn als Quetschstelle; das Programm wird so überarbeitet, dass der Arm mit weiter geöffnetem Ellbogen von oben anfährt und bei der letzten Annäherung langsamer wird, und die Prüfung wird erneut ausgeführt, bevor das Programm freigegeben wird.

Häufige Missverständnisse

Kraftbegrenzte kollaborative Roboter können keine Quetschverletzungen verursachen — wenn eine Hand gegen eine Fläche geklemmt wird, kann schon eine mäßige, auf eine kleine Fläche konzentrierte Kraft schädlich sein
Quetschstellen gibt es nur zwischen dem Roboter und seiner Umgebung — Roboterglieder, Handgelenke und Greiferfinger können Finger auch für sich allein einklemmen
Eine Quetschstelle ist durch die Hardware festgelegt — derselbe Roboter kann Quetschstellen erzeugen oder vermeiden, je nachdem, wie er programmiert ist und wo Vorrichtungen platziert sind

Wer das wissen sollte

Integratoren von Roboterzellen und Sicherheitsingenieure
Roboterprogrammierer und Anwendungsingenieure
Konstrukteure von Armen, Greifern und Abdeckungen
Forschende, die Werkzeuge zur automatischen Programmprüfung entwickeln

Open Source Robotics