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Fragestellung: Im Bereich der automatisierten Fertigung arbeiten Menschen und Roboter auf engem Raum zusammen. Bei dieser Kollaboration kann es zu ungewollten Kontakten zwischen Mensch und Roboter kommen, die zu Verletzungen des Menschen führen können. Um die Sicherheit der Arbeiter zu gewährleisten, sollen die kollaborierenden Roboter in ihrer Arbeitsgeschwindigkeit so angepasst sein, dass es im Falle eines Kontaktes mit dem Menschen zu keinen Verletzungen kommt. Ziel der Studie ist die Evaluation von Belastungsgrenzen des menschlichen Weichteilgewebes zur Festlegung der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit kollaborierender Roboter.

Methodik: Über ein gekoppeltes Pendel wurden an vier Lokalisationen (Handrücken, distaler Unterarm, Oberarmschaft und Schulter) bei insgesamt 22 Probanden (14 männliche, 8 weibliche) definierte Stoßimpulse erzeugt. Die Auslenkung und Freigabe des Pendels erfolgten per Hand, wobei die Auslenkung sukzessive gesteigert wurde. Die Masse des Pendels betrug 15kg und konnte in 5kg-Schritten reduziert werden. An jedem Versuchstag wurde jede Lokalisation nur einmal beaufschlagt. Vor und nach jedem Versuch wurden die beaufschlagten Körperstellen fotodokumentiert sowie Blutproben entnommen, um eventuelle Hämatome, Zellschäden und das Stresslevel optisch und laborchemisch nachweisen zu können. Zudem wurde die lokale Hauttemperatur gemessen, um eine reaktive Hyperämie verifizieren zu können. Bei sechs Probanden wurde ein MRT der beaufschlagten Stellen vor, direkt nach und 6 Stunden nach der Beaufschlagung durchgeführt. Zum Vergleich der objektiven Messparameter mit dem subjektiven Empfinden der Probanden wurde die numerische Analogskala (NAS) verwendet. Ein sichtbares Hämatom oder ein NAS-Wert von mehr als 5 führten zu einer Reduktion des Gewichtes um 5kg bei weiter steigender Auslenkung des Pendels. Die Versuchsreihe für einen Probanden war beendet, wenn eins der oben genannten Abbruchkriterien bei einer Masse von 5kg erreicht wurde.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die bisherigen Ergebnisse deuten an, dass der Nachweis einer Gewebeschädigung nach Beaufschlagung am Besten mit dem MRT gelingt. Die optische Beurteilung, Hauttemperatur und laborchemische Ergebnisse waren nur unzuverlässige Parameter. Die Resultate werden zu einer richtungsweisenden Novellierung der DIN ISO 10218:2011 "Industrieroboter - Sicherheitsanforderungen - Teil 1: Roboter" und "Teil 2: Robotersysteme und Integration" sowie der technischen Spezifikation ISO TS 15066 beitragen. Diese Pilotstudie dient der Evaluation geeigneter Messverfahren zur objektiven Bestimmung von Weichteilschäden durch eine dynamische Belastung. Methodisch sind die bisherigen Erkenntnisse richtungsweisende Grundlagen für Folgestudien zur Ermittlung der biomechanischen Belastungsgrenzen des Menschen.