Roboter sind aus vielen Branchen nicht mehr wegzudenken. Sie montieren Autos, assistieren in der Medizin und bewegen Waren in Logistikzentren. Besonders in der Industrie sorgen sie für effiziente Prozesse - sei es als Industrieroboter in der Produktion und Fertigung oder als fahrerlose Transportsysteme (FTS), die Materialien und Waren autonom durch Fabriken und Lagerhallen bewegen. In gefährlichen, kontaminierten oder schwer zugänglichen Gebieten werden Roboterhunde eingesetzt, um Verletzte zu finden, das Gelände zu scannen und Messungen durchzuführen. In der Medizin werden hochspezialisierte und hochkomplexe Systeme wie OP- oder Pflegeroboter eingesetzt und auch die soziale Robotik gewinnt immer mehr an Bedeutung.
Doch so vielseitig Roboter auch sind, sie bleiben komplexe Maschinen mit teils hochempfindlichen Komponenten. Mechanische, elektronische oder softwarebedingte Probleme können ihre Funktionstüchtigkeit beeinträchtigen und zu Ausfällen führen. Mit dem vermehrten Einsatz von Robotern und smarten Systemen werden auch wir uns im Bereich der technischen Versicherungen aber auch im Rahmen von beispielsweise Haftpflichtschäden immer häufiger mit diesen Systemen beschäftigen.
Was kann passieren?
Roboter bestehen aus zahlreichen Komponenten, die je nach Einsatzbereich unterschiedlich stark beansprucht werden. Mechanische Bauteile wie Gelenke, Greifer und Antriebe unterliegen einem natürlichen Verschleiß - insbesondere in Hochleistungsumgebungen wie der Automobilindustrie oder der Logistikbranche. Autonom navigierende Roboter oder FTS bewegen sich häufig auf Ketten oder Rädern und sind so zusätzlich durch Bodenunebenheiten und dadurch entstehende Vibrationen und Schmutz gefährdet. FTS sind anhand der Art der Navigation zu unterscheiden. Induktionsgeleitete FTS bewegen sich anhand fest installierter Induktionsschleifen, ein Ausweichen seitens des FTS ist begrenzt möglich und wird oft über ein Anhalten realisiert. Bei rein kamera- und sensorgestützter Navigation hingegen kartiert das FTS seine Umgebung basierend auf Echtzeitdaten stetig neu und kann so seine Laufbahn besser an dynamische Veränderungen anpassen. Beide Varianten sind nach dem aktuellen Stand der Technik und Forschung als einsatzsicher zu bewerten. Dennoch können insbesondere unerwartete Hindernisse diese Systeme vor Herausforderungen stellen und Auf- und Anprallschäden nach sich ziehen.
Ein weiteres Risiko betrifft Kollisionen beweglicher Roboterextremitäten - wie Roboterarmen oder Greifern - mit ihrer Umgebung. Industrieroboter arbeiten oft mit hoher Geschwindigkeit und unter Aufbringung hoher Kräfte. Fehlerhafte Kalibrierungen, defekte Sensoren oder Latenzen in den Steuersignalen können zu einer ungewollten Veränderung der bestimmungsgemäßen Trajektorie und somit zu einer Kollision mit Maschinen, Werkstücken oder sogar Menschen führen.
Elektronische Komponenten sind ebenfalls schadenanfällig. Kameras und Sensoren, die sowohl zur Navigation bei FTS als auch zur Positionsbestimmung bei beispielsweise Roboterarmen essentiell sind, können durch Umgebungseinflüsse, wie Staub und Feuchtigkeit oder Lichteinflüsse, wie starke Helligkeit oder reflektierende Oberflächen beeinträchtigt werden. Auch Programmierfehler können zu erheblichen Schäden führen. Falsche Anweisungen aus einem Programmcode oder fehlerhafte Algorithmen können beispielsweise dazu führen, dass der Roboter unerwartete oder unkoordinierte Bewegungen ausführt und bewegliche Teile überlastet oder Kollisionen verursacht werden.
Mit der zunehmenden Vernetzung der Industrie 4.0 kommunizieren automatisierte Geräte - und so auch Roboter - nicht mehr nur mit ihrem eigenen Steuerungssystem, sondern auch mit anderen Maschinen, Sensoren und zentralen Steuerungsplattformen. Während diese Vernetzung eine digitale Produktions-steuerung und optimierte Prozesse erlaubt, entsteht gleichzeitig auch ein neues Risiko: Die Systeme werden über ihre Kommunikationsschnittstellen potenziell angreifbar und sind vor unrechtmäßigem Zugriff Dritter zu schützen.
Welche Präventionen gibt es?
Wie bei allen Maschinen sind auch bei Robotern regelmäßige Wartungen und der Austausch von Verschleißteilen unerlässlich. Die sogenannte Predictive Maintenance, also die vorrauschauende Wartung auf Basis von Sensordaten, ermöglicht es den Zustand Smarter Systeme und Roboter kontinuierlich zu überwachen und Probleme zu identifizieren, bevor sie zu teuren Ausfällen führen. Insbesondere bei stationären Robotern lassen sich auch Umwelteinflüsse wie Staub, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen durch eine kontrollierte Umgebung minimieren. Bei Roboterarmen werden Kraft- und Momentensensoren zur Überwachung eingesetzt. In Kombination mit smarten Algorithmen, die die Trajektorie des Roboterarms in Echtzeit berechnen und mit den Umgebungsdaten abgleichen, können drohende Kollisionen im Voraus erkannt und die Bewegung rechtzeitig gestoppt werden. Zudem werden programmierte und physische Sicherheitszonen zur Vermeidung von Kollisionen ebenso eingesetzt, wie das klassische "Not-Aus".
Auch im Bereich der Cybersecurity sind Maßnahmen unerlässlich. Dazu zählt das Schließen von Sicherheitslücken im Rahmen eines zielgerichteten Update- und Patchmanagements ebenso wie die strikte Umsetzung beschränkter Zugriffsrechte durch Authentifizierungssysteme.
So können die Vorteile der Robotik sicher und nachhaltig genutzt werden!
Katharina Linden, M.Sc. Maschinenbau (Smart Systems), C. Gielisch GmbH, Köln