Was macht einen kollaborativen Roboter tatsächlich sicher?

Aktualisiert im Juni 2026 · Bewertet vom technischen Team von CCH Sensing.

Kollaborative Robotersicherheit ist die Reihe von Designgrenzen, kollaborativen Betriebsmodi und Risikokontrollen, die es einem Roboter ermöglichen, einen Arbeitsplatz mit Menschen zu teilen, ohne sie zu verletzen. Es ist auch eine der am meisten missverstandenen Ideen in der Fabrikautomatisierung. Marketing sagt, ein Cobot sei “von Natur aus sicher”damit man ihn aus der Box nehmen, daneben stehen und die Zäune überspringen kann. In Wirklichkeit ist Sicherheit keine Eigenschaft, die der Roboter damit herumträgt, sondern eine Eigenschaft des Roboters Antrag: der Arm, das Werkzeug am Ende, der Teil, den es bewegt, die Geschwindigkeit, die es läuft, und die Leute, die seinen Raum teilen. Machen Sie sich diese Unterscheidung falsch und ein “sicherer” Cobot schickt trotzdem jemanden in die Notaufnahme.

Dieser Leitfaden wurde von einem Hersteller von Sicherheitssensoren verfasst, daher wird bewusst deutlich gemacht, wo die Leistungs- und Kraftbegrenzung anhält und wo ein externer Lichtvorhang, Bereichscanner oder Sicherheitsrelais die Leitung übernehmen muss. Wir werden die vier kollaborativen Betriebsmodi aus ISO/TS 15066 abdecken, die Kraftgrenzen im Körperbereich, die entscheiden, ob ein Kontakt akzeptabel ist, den Standardstapel (einschließlich der großen Überarbeitung von ISO 10218 im Jahr 2025), wie eine Risikobewertung durchgeführt werden kann, und die fünf gefährlichen Annahmen, die Menschen verletzen.

Was kollaborative Robotersicherheit wirklich bedeutet

Ein kollaborativer Roboter, kurz Cobot, ist ein Roboter, der entwickelt wurde, um ohne traditionellen Sicherheitszaun neben Menschen zu arbeiten “ausgelegt auf” ist aber nicht dasselbe wie “ist” Hier ist das Prinzip, dass alles andere in diesem Ratgeber hängt, wie wir es nennen Das Anwendungssicherheitsprinzip: Ein Cobot ist für sich genommen niemals sicher oder unsicher; die Antrag Ist, was risiko-bewertet und abgemeldet wird Derselbe Arm ist sicher mit einer Schaumsonde und gefährlich mit einer Entgratungsspindel.

Das ist wichtig, weil der Roboter nur aus einem Stück besteht. Unter den Standards ist der blanke Roboter “teilweise fertiggestellte Maschinen”; das, was sicher gemacht werden muss, ist die komplette Zelle, der Roboter, der Endeffektor, das Werkstück, das Layout und die Menschen Die US-Arbeitsschutzbehörde gibt ausdrücklich an, dass es Kein roboterspezifischer OSHA-StandardRoboter unterliegen den allgemeinen Maschinenschutzregeln (29 CFR 1910.212) und der Allgemeinen Zollklausel und “es sollte eine Kombination aus Steuerung und Schutz verwendet werden.”” Für eine Schweißanwendung, Roboterschweißsysteme von Zhouxiang Kann als Produktionsausrüstungsumfang überprüft werden, während die vollständige Anwendung noch einer eigenen Schutzbewertung bedarf.

Was macht einen Cobot sicher?

Vier Dinge der Reihe nach: (1) die integrierten Sicherheitsfunktionen, die Leistungs-, Kraft-, Drehmoment- und Geschwindigkeitsüberwachung des Roboters, die einen Schutzstopp auslösen; (2) der kollaborative Betriebsmodus, den Sie für die Aufgabe wählen; (3) jede externe Absicherung, die die Risikobewertung erfordert; und (4) die Risikobewertung selbst, die die ersten drei miteinander verbindet Ihre Werkzeug, Nutzlast und Layout.

Überspringen Sie die vierte und die ersten drei sind nur Merkmale auf einem Spezifikationsblatt Eingebaute Sicherheitsfunktionen und die Schutzfunktionen des Robotersystems stehen an erster Stelle Ein Integrator fügt eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme hinzu, und Sicherheitsmechanismen feuern bei einer Kollision Diese Sicherheitsmerkmale kombinieren, damit die Maschine um Menschen herumlaufen kann, doch keiner von ihnen entzieht sich der Pflicht, zu beurteilen, wie menschliche Arbeiter tatsächlich mit dem Roboter in Kontakt kommen. Felderfahrung untermauert dies: Leichtere Kobots stoppen bei leichtem Kontakt, aber “größere mit größerer Trägheit” treffen stärker, sodass Masse und Nutzlast die Antwort ändern.

Die vier Arten der kollaborativen Operation (ISO/TS 15066)

ISO/TS 15066Die technische Spezifikation, die ISO 10218 ergänzt, definiert vier kollaborative Betriebsmodi Eine Anwendung kann sie kombinieren, und jede impliziert einen anderen Stop-Trigger und eine andere Sicherheitsvorrichtung Dies ist die Tabelle, die die oberen Suchergebnisse in Prosa beschreiben, aber nie darlegen:

Universal Robots, das beim Schreiben des Standards mitgewirkt hat, stellt fest, dass in der Praxis nur SSM und PFL wirklich zaunfreie Gemeinschaftsanwendungen liefern; Der überwachte Stopp ist eigentlich eine schneller neu startende bewachte Zelle, und die Handführung, die den Arm durch handgeführte Steuerungen treibt, ist eine Lehrhilfe. Bei kollaborativen Roboteranwendungen ist der Mensch-Roboter-Kontakt die Variable, die den Modus bestimmt. Wählen Sie also den Modus für die Aufgabe und nicht umgekehrt.

Leistungs- und Kraftbegrenzung: Die Körper-Region-Kraftobergrenze

Macht und Kraftbegrenzung ist der Modus, den Menschen meinen, wenn sie “Cobot” sagen. Es funktioniert, indem garantiert wird, dass jeder Kontakt unter dem Punkt bleibt, an dem ein Mensch Schmerzen oder Verletzungen verspürt. Diese Schwellenwerte sind keine Marketingnummer, sie stammen von ISO/TS 15066 Anhang A, der die maximal zulässige Kraft und den maximal zulässigen Druck festlegt 29 spezifische Körperstandorte (gruppiert in 12 Körperbereiche), basierend auf schmerzanfälliger Forschung Wir nennen dies Referenz Die Körper-Region-KraftobergrenzeUnd fast kein konkurrierender Guide druckt es:

Zwei Zahlen in jener Tabelle leisten die meiste Arbeit Erstens ist das Gesicht bei 65 N die niedrigste Kraftobergrenze am Körper, weshalb ein Cobot, der in Kopfhöhennähe arbeitet, extra geprüft werden muss Zweitens teilt der Standard jede Grenze auf in Vorübergehend (ein freier Aufprall, bei dem sich der Körper entfernen kann) und Quasistatisch (Klemmen oder Einfangen, wo es nicht geht).Die Tabelle listet die quasi-statischen Decken auf, wobei der strengste Druckpunkt in jeder Region verwendet wird. Die meisten vorübergehenden Grenzwerte sind das Doppelte dieser Werte, da eine anhaltende Kompression das Gewebe bei geringerer Kraft schädigt; Schädel und Gesicht haben keinen vorübergehenden Multiplikator.

Praktischerweise laufen PFL-Cobots zwischen 250 und 1.000 mm/s, und die zulässige Geschwindigkeit sinkt mit steigender effektiver Masse (Roboter + Nutzlast + Greifer) Ingenieure patentieren dieses Feld zum Beispiel US 11.453.122 B2, „(ein Drehmomentsensor-pro-Achse-Kooperationssystem, verfolgen alle das Gleiche: Erkennen Sie den Kontakt schnell genug, um unter dem Grenzwert zu stoppen. In der Praxis müssen die Kraftmenge und das an jedem Gelenk ausgeübte Drehmoment unter der zulässigen Decke bleiben, und das Werkzeug am Ende des Arms, ein elektrischer oder pneumatischer Greifer, zählt darauf zu, da ein scharfes Werkzeug das Verletzungsrisiko erhöht, selbst wenn der Arm selbst nachgiebig ist.

Geschwindigkeits- und Trennüberwachung: Einen Cobot schneller laufen lassen

Das Problem mit PFL ist, dass das Unterhalten unter den Kraftgrenzen den Roboter zum Kriechen zwingt, räumt Universal Robots ein, dass die Geschwindigkeit “wahrscheinlich zu niedrig sein wird, um für Hochrisikoanwendungen nützlich zu sein” Geschwindigkeits - und Trennüberwachung beheben dies, indem sie eine gemessene Lücke zwischen Mensch und Roboter halten Wenn der Bediener weit weg ist, läuft der Roboter mit Produktionsgeschwindigkeit; wenn sie sich ihm nähern, verlangsamt er sich; wenn die Lücke unter den minimalen Schutzabstand fällt, stoppt sie.

Dieser Abstand wird berechnet, nicht erraten. ISO 13855 gibt das Formular an S = K·T + C, In 2 ist K die menschliche Annäherungsgeschwindigkeit (der Standardwert beträgt 2.000 mm/s), T ist die gesamte Systemreaktionszeit (Sensorreaktion + Roboterstopp) und C ist eine Intrusion/Unsicherheitszulage.

Bei SSM verdient eine externe Sensorschicht ihren Lebensunterhalt. Sowohl die NIST-Testbed-Arbeit als auch die von Experten begutachtete SSM-Literatur betonen, dass die Sensorik selbst sicherheitsbewertet und validiert sein muss und kein standardmäßiger Automatisierungsscanner, der aus Sicherheitsgründen umfunktioniert wird. Unsere Sicherheitslaserscannerführung geht detailliert durch die Zonenkonfiguration.

Der Standards-Stack: ISO 10218, ISO/TS 15066 und ANSI/RIA R15.06

Drei Dokumente regeln die Sicherheit von Cobots und sind vielschichtig und nicht austauschbar:

Auch die Hierarchie darunter ist wichtig: Es folgt die Risikobewertung ISO 12100, und Sicherheitsfunktionen müssen ein dem Risiko angemessenes Leistungsniveau (PL d gemäß ISO 13849-1) oder Sicherheitsintegritätsniveau (SIL 2 gemäß IEC 62061) erreichen. Roberta Nelson Shea, Global Technical Compliance Officer von Universal Robots, langjährige Vorsitzende des ISO-Robotersicherheitsausschusses und führende Autorität in diesen Dokumenten, hat jahrzehntelang betont, dass es sich bei der Norm um eine Untergrenze und nicht um eine Obergrenze handelt.

Wenn ein “Zaunloser” Cobot noch Wache braucht

Hier ist der Teil, den die Cobot-Prospekte überspringen. Ein Roboter mit eingeschränkter Leistung schafft es Stumpf Kontakt, es tut nichts über einen scharfen, heißen, oder schweren Endeffektor Robotiqs eigenes Palettierbeispiel macht es deutlich: Das Bewegen von mehr Kilogramm schweren Kisten in Kopfhöhe ist “intrinsisch unsicher”, also über einem Kriechgang, dass Zelle unabhängig von PFL eine Sicherheitsvorrichtung benötigt.

Sind Cobots sicher, ohne Zaun zu arbeiten?

Manchmal, und nur wenn die Risikobewertung es für genau dieses Werkzeug, Nutzlast, Geschwindigkeit und Layout beweist Fragen auslösen: kann der Endeffektor schneiden, verbrennen oder zerdrücken? kann ein Körperteil an einer Vorrichtung eingeklemmt werden? muss der Zyklus schneller laufen, als PFL es zulässt?

Wenn eine Antwort ja ist, fügen Sie eine Präsenzerkennungsschicht hinzu, a Sicherheitslichtvorhang An einer Ladestation, einem Bereichscanner Für Bodenzonen und a Sicherheitsrelais Zur Ausführung des überwachten Stopps Jedes Gerät muss eine dem Risiko angepasste Bewertung tragen (PL d/SIL 2, oder Typ 4 PL e für Fingerschutz) Für eine Seite-an-Seite der Präsenzgeräte siehe unsere Scanner vs. Lichtvorhang Vergleich und das breitere Maschinenschonender Lichtvorhang Übersicht.

Der 6-Schritte-Cobot-Risikobewertungsweg

Jeder Standard verweist auf denselben aufgabenbasierten Prozess von ISO 12100. Hier ist Der 6-Schritte-Cobot-Risikobewertungsweg Wir verwenden, komprimiert:

Gut gemacht, der Prozess ist wirklich Risikominderung in Stufen Man reduziert das Risiko, indem man zuerst den Modus wählt Dann schichtet man Sicherheitskontrollen und ein Sicherheitssystem, dimensioniert auf die spezifischen Sicherheitsanforderungen und Sicherheitsbedürfnisse dieses Robotersystems Bediener brauchen noch ein Roboter-Sicherheitstrainingsprogramm, das die Sicherheitsprotokolle der Zelle abdeckt, bevor die Linie läuft Eine Disziplin, die die meisten Teams vermissen: Die Risikobewertung ist ein lebendiges Dokument, also ändert ein neuer Greifer oder ein Neuteilprogramm das Risikoprofil und erzwingt eine Überprüfung, ein Punkt Industrietrainer und Gruppen wie SACA wiederholen immer wieder.

5 Annahmen zum zaunlosen Kobott, die Menschen verletzen

Aus Felderfahrung und den Standards sind das die Annahmen, die es wert sind, geprüft zu werden, bevor jemand neben dem Arm steht:

• ️“Ein Cobot ist sicher aus dem Kasten heraus” Der Roboter ist teilweise eine fertiggestellte Maschine; Nur die beurteilte Zelle ist sicher.
• ️“PFL bedeutet keine Risikobewertung” Erzwingen Sie die Begrenzung von Adressen nur durch stumpfe Auswirkungen, es sagt nichts über Ihr Tool aus und die Bewertung ist weiterhin obligatorisch.
• ️“Langsam bedeutet immer sicher” Ein langsamer Arm mit Klinge, heißer Spitze oder Klemmvorrichtung verletzt immer noch.
• ️“Jeder Greifer und jede Nutzlast sind in Ordnung” Effektive Masse legt die Geschwindigkeitsobergrenze fest; Eine scharfe oder schwere Nutzlast kann die PFL-Sicherheit vollständig beeinträchtigen.
• ️“Ein CE-gekennzeichneter Roboter bedeutet eine konforme Zelle” Das Zeichen des Roboters deckt ISO 10218-1; Die integrierte Zelle benötigt eine eigene Konformität gemäß 10218-2.

Warum ist die Cobot-Sicherheit nicht so einfach, wie sie zuerst erscheint?

Denn das Marketing beantwortet eine andere Frage als der Standard “Ist der Roboter sicher?” bekommt ein sicheres Ja; “ist Diese Roboteranwendung Sicher?” bekommt “es hängt vom Werkzeug, der Geschwindigkeit und den Menschen ab” Applied Manufacturing Technologies stellt den häufigsten Fehler klar: Der Irrglaube, dass Bediener sich den gleichen Raum teilen können wie ein PFL-Roboter ohne Bewachung “ist nicht immer” richtig.

Eine von Experten begutachtete soziotechnische Überprüfung kommt zu dem gleichen Schluss, dass sich Maschinen nicht immer wie angenommen verhalten, sodass der Glaube an die inhärente Sicherheit getestet und nicht vertrauenswürdig werden muss.

Cobot Safety by Application: Der Vier-Mode-Fit-Test

Verschiedene Jobs landen auf verschiedenen Modi und verschiedenen Geräten Nutzen Der Vier-Mode-Fit-TestPassen Sie die Anwendung an ihren wahrscheinlichen Modus und den Schutz an, den sie normalerweise benötigt:

Wie auch immer die Anwendung aussehen mag, die Safe-Stop-Funktion im Hintergrund ist normalerweise ein Sicherheitsrelaismodul Bindung der Sensoren an die sicheren Eingänge des Roboters. Für ein vollständiges traditionelles Roboterzellenlayout, den eingesperrten Cousin der kollaborativen Zelle, siehe unser Sicherheit für Roboterzellen Lösung.

“Die Frage, die wir Integratoren stellen, ist nie ‘ist sicher?’ ist der Cobot it ‘was macht der End-Effektor, und?’ Auf einer Fingerschutz-Laststation geben wir noch einen Typ 4 PL e-Lichtvorhang selbst auf einem kraftbegrenzten Arm an, denn PFL macht nichts gegen eine 200 N/cm²-Kneifung von einem scharfen Greifer.”

CCH Sensing Application Engineering-Team

Branchenausblick: Was ISO 10218:2025 für Ihren nächsten Cobot ändert

Die wichtigste Änderung der letzten Zeit ist regulatorischer, nicht technologischer Art. Im Januar 2025 wurde die Dritte Ausgaben von ISO 10218-1 und ISO 10218-2 Gemeinsam veröffentlicht wurden, und sie machen Anforderungen an die funktionale Sicherheit explizit statt impliziert, und falten die kollaborativen Inhalte, die in ISO/TS 15066 lebten, in die Reihe 10218 selbst Kurz darauf, ANSI und A3 veröffentlichten eine überarbeitete R15.06 Direkt aus den ISO-Ausgaben 2025 übernommen.

Für einen Käufer oder Integrator ist der Aktionspunkt konkret: Beenden Sie die Behandlung von ISO/TS 15066 als eigenständige Spezifikation und bestätigen Sie, für welche Ausgabe Ihr Roboter-OEM und Ihr Integrator bei Ihrer nächsten Installation zertifizieren. Eine Zelle, die anhand der Norm von 2011 entworfen und dokumentiert wurde, ist nicht automatisch falsch, aber während eines Übergangsfensters werden Prüfer und Kunden zunehmend mit der Basislinie 2025 rechnen. Für den Kontext in großem Maßstab, dem Grund, warum die Normungsgremien umgezogen sind, zählte der Bericht World Robotics 2025 des IFR 542.000 installierte Industrieroboter im Jahr 2024, das vierte Jahr über 5000000; Das Volumen der neu angesteuerte Hintergrundautomatisierung ist hier nur der Grundwert (das sind hier).

Am Horizont versprechen hautähnliche taktile Sensoren und menschliche Verfolgung mit KI-Vision eine schnellere, feinere Erkennung und bessere Sicherheitsleistung, aber keines von beiden ist noch für den fortschrittlichen Sicherheitseinsatz zertifiziert, sodass die konforme zaunfreie Zelle in realen Anwendungsfällen immer noch auf den vier Modi, den Kraftdecken und einer dokumentierten Risikobewertung ruht. Die Robotersicherheit von Industrierobotern und Robotersystemen, ob kollaborativ oder nicht, wird immer noch durch Anwendung verdient.

Häufig gestellte Fragen