Schutz und Sicherheit beim Einsatz von Robotern

Erweiterte Anforderungen

Roboter werden in immer mehr Bereichen eingesetzt, nicht nur hinter Zäunen in der Industrie. Für sie gelten besondere Schutzvorschriften, da sie zum Teil auch direkt mit Menschen interagieren. Denn Fehlfunktionen in der Software oder Störungen durch Hackerangriffe erhöhen das Unfallrisiko für Menschen im Umfeld des Roboters.

Die Laborprüfung ermöglicht das Erkennen von Fehlfunktionen und Schwachstellen der Software. (Bild: UL International Germany GmbH)

Sicherheit ist bei Robotern in der Industrie ein entscheidendes Thema. Dabei sind Roboter längst keine elektromechanischen Geräte mehr, sondern hochkomplizierte vernetzte Systeme. Deshalb ist es sinnvoll, drei Sicherheitsebenen zu unterscheiden: Erstens die mechanische und elektrische Sicherheit, zweitens die funktionale Sicherheit und drittens Cybersecurity.

Roboter haben sich von elektromechanischen Geräten zu vernetzten Systemen gewandelt. (Bild: UL International Germany GmbH)

Schutz vor Stromschlägen oder Verletzungen

Grundlegend ist die mechanische und elektrische Sicherheit, bei der es in erster Linie um Unfallverhütung geht, z.B. den Schutz vor Stromschlägen oder Verletzungen durch bewegliche Teile. Bei der funktionalen Sicherheit steht die Software im Vordergrund und bei Cybersecurity der Schutz vor Angriffen durch Vernetzung. Diese beiden Sicherheitsebenen sind in vielen Aspekten vergleichbar mit der Sicherheit von vernetzten Computersystemen. Für die Herstellung und den Betrieb von Maschinen aller Art und damit auch Robotern gilt in Europa seit 2006 die Maschinenrichtlinie. Alle weiteren Normen setzen die Erfüllung dieser Mindeststandards voraus. Doch Industrieroboter sind komplexer als herkömmliche Maschinen, sodass die seit 1992 existierende ISO-Norm 10218 durch zwei zusätzliche Standards erweitert wurde: Die ISO10218-1, die grundsätzliche Betrachtung der Roboter, sowie die ISO10218-2, die sich mit der Systemintegration befasst. Dabei werden alle konkreten Sicherheitsanforderungen an Industrieroboter betrachtet und die älteren Normen EN775 (Europa) und ANSI RIA15.06 (USA) zu einem allgemeinen, weltweit gültigen Standard (ISO10218 ff.) zusammengeführt. Das ist in der EU als ISO10218-1 und 10218-2 übernommen worden.

Roboter, die mit Menschen zusammenarbeiten

Die hier beschriebenen Normen gelten in erster Linie für herkömmliche Industrieroboter. Neben industriell eingesetzten Robotern mit der Fähigkeit zur Mensch/Roboter-Kollaboration gibt es nun auch Serviceroboter, die in direkte Interaktion mit dem Benutzer treten. Dazu gehören Haushaltsassistenten, autonome Rollstühle, Exoskelette, aber auch Roboter zur Überwachung von Gebäuden und Grundstücken oder Roboter, die Fragen beantworten, Besucher zu bestimmten Zielen in einem Gebäude bringen und ähnliches. Diese beiden neuen Roboterklassen zeichnen sich dadurch aus, dass sie gemeinsam mit Menschen die gleichen Räume und Plätze nutzen. Hier gelten erweiterte Sicherheitsanforderungen. Die Hersteller müssen bei der Konstruktion dieser Roboter davon ausgehen, dass jederzeit Menschen im Wirkungsbereich eines solchen Roboters auftauchen können. Die ISO-Normen berücksichtigen MRK aber nur ansatzweise und sollen deshalb bis 2021 entsprechend überarbeitet werden. Bis dahin erweitert die technische Spezifikation ISO TS15066 von 2016 den Standard um technische Regeln für eine sichere Mensch/Roboter-Kollaboration. Den Servicerobotern widmet sich die Norm ISO13482 von 2014. Im Moment stehen lediglich drei Typen von persönlichen Assistenzrobotern im Fokus des Standards: mobile Assistenten, Roboter zur Bewegungsunterstützung und zur Personenbeförderung. Standards und Normen für medizinische Roboter oder solche mit militärisch/polizeilichen Aufgaben sowie flugfähige Roboter sind noch nicht endgültig formuliert. Diese neuen Gebiete der Robotik besitzen gegenüber traditionellen Industrierobotern eine Besonderheit: Sie müssen vernetzt sein. Denn herkömmliche Industrieroboter führen im Normalfall lediglich vorgegebene Bewegungspfade aus. Cobots und Serviceroboter dagegen müssen Umgebungsinformationen verarbeiten und z.B. auch Anweisungen über ihre Netzverbindung entgegennehmen.

Abwehr von Angriffen auf die Cybersecurity

Das hat Konsequenzen sowohl für die funktionale Sicherheit als auch für die Cybersecurity. Grundsätzlich gelten alle Anforderungen für die Vernetzung von Werkzeugmaschinen, Industrieanlagen oder beliebigen anderen Maschinen im Internet der Dinge gleichermaßen für industrielle, aber auch privat eingesetzte Robotersysteme. Die entsprechenden Standards wie UL2900 können auch für Roboter und ihre Steuersysteme angewendet werden. Dabei geht es erstens um den Schutz vor Softwaresicherheitslücken, der primär durch regelmäßige Updates auf neue Releases sowie den sofortigen Schluss von Sicherheitslücken umgesetzt wird. Zweitens geht es um die Abwehr von Cyberbedrohungen aus öffentlichen Netzwerken, denen z.B. durch Intrusion Detection Systems (IDS) begegnet werden kann. Dabei sollten Hersteller die verschiedenen Ebenen der Sicherheit nicht konzeptionell trennen. So haben vor allem bei Cobots und Servicerobotern die Softwarekomponenten starken Einfluss auf den Unfallschutz. Fehlfunktionen in der Software oder Störungen durch Hackerangriffe erhöhen das Unfallrisiko für Menschen im Umfeld des Roboters. Software- und Cybersecurity sollten in einem umfassenden Konzept für Security by Design direkt bei der Selektion der Komponenten als auch der Gesamtkonzeption des Roboters berücksichtigt werden.