Kollaborierende Roboter - Ermittlung der Schmerzempfindlichkeit an der Mensch-Maschine-Schnittstelle

Projekt-Nr. FF-FP 0317

Status:

abgeschlossen 10/2014

Zielsetzung:

In der Industrie werden zunehmend kollaborierende Roboter eingesetzt. Kontakte zwischen Roboter und Mensch können nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Dabei gelten Klemmsituationen als unerwünschte Ereignisse. Künftige Grenzwerte für Kontaktkräfte und -drücke sollen sich u. a. an den Druckschmerzschwellen orientieren. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Schmerzschwellen an 29 für den Arbeitsschutz relevanten Körperstellen zu ermitteln, die die Grundlage für einen Schmerzschwellenkataster (Kraftschwellen und Druckspitzen) darstellen.

Aktivitäten/Methoden:

Die Druckschmerzschwelle (PPT) ist definiert als die geringste Kraft bzw. der geringste Druck, der als schmerzhaft empfunden wird. Bei 100 gesunden Probanden (40 aus der metallverarbeitenden Industrie; 57 männlich, Altersspanne 18 bis 66 Jahre) wurden die Schmerzschwellen an 29 Körperstellen in jeweils drei Durchgängen gemessen. Hierfür wurden ein automatisches Algometer mit linearem Kraftanstieg und eine Druckmessfolie, die auf dem Reizgeber befestigt war, verwendet.

Ergebnisse:

Die interindividuelle Variabilität der PPTs (Kraftschwellen und Druckspitzen) war hoch. Unterschiede bestanden auch zwischen den verschiedenen Körperpartien. Beispielhaft betrugen die PPTs im gesamten Kollektiv am Kaumuskel 15 N (Median), 9 und 26 N (10. und 90. Perzentil), an der Zeigefingerbeere der nicht dominanten Hand waren die entsprechenden Werte 58, 35 und 102 N. Die korrespondierenden Druckspitzen betrugen 66, 34 und 182 N/cm² sowie 185, 84 und 341 N/cm².

Multivariate Analysen zeigten, dass die beobachtete Variabilität der PPTs im Wesentlichen auf die Probanden zurückzuführen war. Männer sowie Mitarbeiter aus der Metallindustrie wiesen vergleichsweise höhere PPTs auf, wohingegen das Alter nur einen geringen Einfluss hatte. Selten wurden Hautreizungen bzw. -schürfungen beobachtet. Bei 12047 Messungen traten bei zehn Personen ab dem 2. Messdurchgang insgesamt 16 geringgradige Hämatome an Becken, Oberschenkel und/oder Wade auf. Die ermittelten Druckschmerzschwellen sind eine sichere Schwelle für Klemm-/Quetschkräfte bei Gesunden. Dieses Ergebnis kann aber nicht ohne Weiteres auf erkrankte Personen übertragen werden. Die ermittelten Kraftschwellen sowie die korrespondierenden Druckspitzen sind beide für den Arbeitsschutz relevant. Sie sollen in das Regelwerk der DGUV einfließen und an den internationalen Normungsausschuss weitergeleitet werden. Dieser muss entscheiden, in welcher Form sie in die Technical Specification 15066 und später in die ISO-Norm 10218 einfließen werden. Somit erhalten Roboterhersteller und Anwender eine Grundlage für die sichere Konstruktion und Applikation von kollaborierenden Robotern, die dem Arbeitsschutz zugute kommt.

Stand:

13.07.2016

Projekt

Gefördert durch:
  • Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e. V. (DGUV)
Projektdurchführung:
  • Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA)
  • Institut für Arbeits-, Sozial- und Umweltmedizin, Universität Mainz
  • Institut für Medizinische Biometrie, Epidemiologie und Informatik (IMBEI), Universität Mainz
Branche(n):

-branchenübergreifend-

Gefährdungsart(en):

Mechanische Gefährdungen

Schlagworte:

Prävention, Maschinensicherheit, Unfallverhütung

Weitere Schlagworte zum Projekt:

Kollaborierende Roboter, Kollaboration, Schmerzschwelle, Mensch-Maschine

Weitere Informationen

Melia, M.; Schmidt, M.; Geissler, B.; König, J.; Krahn, U.; Ottersbach, H.-J.; Letzel, S.; Muttray, A. Measuring mechanical pain: The refinement and standardization of pressure pain threshold measurements Behav Res (2015) 47:216–227
DOI 10.3758/s13428-014-0453-3

Projekte des Institut für Arbeitsschutz der DGUV:

Download:

DGUV-Information FB HM-080 (PDF, 616 KB) des Fachbereich Holz und Metall "Kollaborierende Robotersysteme. Planung von Anlagen mit der Funktion "Leistungs- und Kraftbegrenzung"