Gregshammer, F. (2023). Der Vergleich von standardisierten Körpermodellen nach DIN ISO 33402 und der individuellen Arbeitskraft im Zusammenhang mit der Sicherheitsbewertung einer Mensch-Roboter Kollaboration [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2023.103084
Human-robot collaboration; standardised body model; individual workforce; safety assessment of a human-robot collaboration; cobot
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Abstract:
Die Zielsetzung der nachfolgenden Arbeit ist, das standardisierte Körpermodell nach DIN ISO 33402:2020 mit der individuellen Arbeitskraft zu vergleichen bezugnehmend auf die Sicherheitsbewertung bei der Mensch-Roboter-Kollaboration. Dabei soll auch betrachtet werden, ob die derzeit gültigen biomechanischen Grenzwerte ausreichen, um die Sicherheit der jeweiligen Person bei der Zusammenarbeit mit einem Roboter gewährleisten zu können. Als Forschungsmethode für die durchgeführte Studie wird dabei eine quantitative und qualitative Methode gewählt. Beim qualitativen Teil der Studie werden Expertinnen und Experten aus dem Bereich Sicherheit in Hinblick auf kollaborationsfähige Roboter mithilfe eines vorab erstellten Interviewleitfaden befragt und anschließend wird dieses strukturierte Gespräch ausgewertet. Teilnehmende der quantitativen Studie befüllen einen Fragebogen, welcher aus zwei übergeordneten Abschnitten besteht. Im ersten Teil werden Daten zur Person selbst abgefragt, um die körperlichen Unterschiede erheben zu können. Im zweiten Teil werden mit dem kollaborationsfähigen Robert potenzielle Kollisionsstellen abgefahren und anschließend beurteilt, an welcher Körperstelle die jeweilige Probandin beziehungsweise der jeweilige Proband getroffen werden würde. An dieser Stelle sei erwähnt, dass niemals eine tatsächliche Kollision zwischen Mensch und Roboter stattfinden wird. Die Arbeit zeigt, dass die betroffenen Körperstellen bei den jeweiligen potenziellen Kollisionsstellen stark streuen. Dies bedeutet aber, dass mit der Variation der Körperregionen auch die biomechanischen Grenzwerte unterschiedlich sind. Eine weitere Problematik in Hinblick auf das Körpermodell nach DIN ISO 33402:2020 ist, dass die Körperabmessungen veraltet sind, da sie aus einer Studie aus dem Jahr 1999 bis 2002 stammen. Die Expertinnen und Experten in den Interviews stellen auch die Aussagekraft der Studie, welche hinter den biomechanischen Grenzwerten steht, in Frage. Denn diese beruht lediglich auf 100 gesunden erwachsenen Menschen. Die einzuhaltenden Normen für die Mensch-Roboter Kollaboration sollten dringend angepasst werden und auf den derzeitigen Stand der Technik gebracht werden. Ebenfalls ein wichtiger Punkt ist, dass bei den biomechanischen Grenzwerten mögliche Vorerkrankungen und eine individuell erhöhte Schmerzempfindlichkeit nicht berücksichtigt werden. Die quantitative Studie hat nämlich gezeigt, dass knapp 30 % der Teilnehmenden angeben, eine oder mehrere Körperstellen mit erhöhter Schmerzempfindlichkeit zu besitzen. Durch die Interviews hat sich gezeigt, dass die Abnahme einer Mensch-Roboter Applikation nicht von jedem Prüfer oder jeder Prüferin einheitlich durchgeführt wird. Somit ergeben sich noch einige Handlungspunkte in Bezug auf die Mensch-Roboter Kollaboration, um eine möglichst große Sicherheit für die individuelle Arbeitskraft gewährleisten zu können.
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The objective of the following work is to compare the standardized body model according to DIN ISO 33402:2020 with the individual worker regarding the safety assessment in human-robot collaboration. It will also be considered whether the currently valid biomechanical limit values are sufficient to ensure the safety of the respective person when collaborating with a robot. A quantitative and qualitative method is chosen as the research method for the conducted study. In the qualitative part of the study, experts from the field of safety regarding collaborative robots will be interviewed using a previously prepared interview guide and this structured interview will then be evaluated. Participants in the quantitative study complete a questionnaire consisting of two main sections. In the first part, data about the person himself are requested in order to be able to collect the physical differences. In the second part, the collaborative Robert is used to drive around potential collision points and then to assess at which body part the respective test person would be hit. At this point, it should be mentioned that an actual collision between human and robot will never take place.The work shows that the affected body locations vary greatly for the respective potential collision sites. However, this means that with the variation of the body regions, the biomechanical limit values are also different. Another problem regarding the body model according to DIN ISO 33402:2020 is that the body dimensions are outdated, as they originate from a study conducted in 1999 to 2002. The experts in the interviews also question the validity of the study behind the biomechanical limits. This is because it is based only on 100 healthy adult people. The standards to be observed for human-robot collaboration should urgently be adapted and brought up to the current state of the art. Another important point is that the biomechanical limits do not take into account possible pre-existing conditions and an individually increased sensitivity to pain. In fact, the quantitative study showed that almost 30% of the participants stated that they had one or more body parts with increased pain sensitivity. The interviews showed that the acceptance of a human-robot application is not carried out uniformly by every examiner. Thus, there are still some points of action regarding human-robot collaboration in order to be able to ensure the greatest possible safety for the individual worker.
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Additional information:
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers