Cyberschutz für die mobile Robotik

Die klassische Vorstellung ist: Ein Fahrzeug folgt vordefinierten Fahrwegen, transportiert Güter von A nach B und interagiert nur minimal mit seiner Umgebung. Solche Systeme sind aus der modernen Intralogistik nicht mehr wegzudenken, sie sind zuverlässig, sicher und gut reguliert.

Die Innovationswelle der letzten Jahre verändert dieses Bild jedoch grundlegend. Mobile Plattformen werden zunehmend mit Manipulatoren (Robotern) ausgestattet, wodurch sie zu autonomen, multifunktionalen Robotereinheiten werden. Statt ‚nur‘ zu fahren, können sie greifen, sortieren, montieren oder inspizieren und das flexibel an unterschiedlichen Orten innerhalb einer Fabrik.

Von der Transportaufgabe zur mobilen Produktionsunterstützung

Diese Entwicklung eröffnet völlig neue Anwendungsfelder:

• Montageunterstützung: Mobile Manipulatoren bringen Werkstücke direkt an den Montageplatz und führen Arbeitsschritte aus.
• Maschinenbestückung: Sie be- und entladen Bearbeitungszentren ohne fest installierte Zuführsysteme.
• Qualitätssicherung: Sensorbestückte Roboterarme auf mobilen Plattformen führen Prüfungen flexibel an unterschiedlichen Produktionslinien durch.
• Kommissionierung im Lager: Die Kombination aus autonomer Navigation und Greiffunktion ersetzt manuelle Pick-and-Place-Aufgaben.

Die Schlüsselidee dahinter ist die erhöhte Flexibilität. Ein System, das mobil ist und gleichzeitig aktiv arbeiten kann, erhöht die Auslastung und reduziert Stillstandzeiten.

Neue Freiheitsgrade, neue Sicherheitsfragen

Mit diesen erweiterten Fähigkeiten entstehen jedoch neue Risiken. Während klassische AGV/FTS in kontrollierten Bahnen fahren und sich ihre Bewegung relativ leicht vorhersagen lässt, erhöht sich bei mobilen Manipulatoren die Komplexität deutlich. So erweitert sich die Bewegungsfreiheit, denn der Roboterarm kann über die Plattform hinaus agieren, sich in alle Richtungen bewegen und Bereiche erreichen, die außerhalb der ursprünglichen Sicherheitszone liegen. Zudem operieren mobile Manipulatoren oft in Bereichen, in denen gleichzeitig Menschen arbeiten. Das heißt, unvorhersehbare Bewegungen oder schnelle Armbewegungen können gefährlich sein. Des Weiteren sind die Aufgabenprofile dynamisch: Abläufe sind nicht mehr strikt planbar, denn der Roboter kann während einer Fahrt Aufgaben wechseln, zum Beispiel vom Transportieren zum Greifen. Und nicht zuletzt ergibt sich eine Kombination von Risiken, insofern als sowohl die Fahr- als auch die Armbewegung sicherheitsseitig berücksichtigt werden müssen, und das oft in Echtzeit unter variablen Bedingungen.

Normenlandschaft und regulatorischer Rahmen

Die Sicherheit mobiler Robotiksysteme wird aktuell von mehreren Normen abgedeckt:

• ISO 3691-4 Sicherheit von Fahrerlosen Transportfahrzeugen
• ISO 10218-1/-2 Sicherheit von Industrierobotern
• ISO/TS 15066 Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter
• ISO 13849/ IEC 62061 Funktionale Sicherheit von Steuerungen

Die Herausforderung besteht darin, dass mobile Manipulatoren in mehrere Kategorien gleichzeitig fallen. Die Plattform unterliegt den Normen für FTS/AGV, der Roboterarm den Normen für stationäre Industrieroboter, und die Kombination beider ist bislang nur unzureichend standardisiert. Daher zielt die Arbeit der ISO/TC 299 darauf ab, einheitliche Standards für Industrial Mobile Robotics (IMR) zu schaffen. Berücksichtigt werden hier auch humanoide Roboter und komplexe mobile Manipulatorsysteme.

Technologische Lösungen für Sicherheit

Um die neuen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, kommen technische Maßnahmen zum Einsatz:

• Multisensor-Fusion: Kombination aus Lidar, 3D-Kameras, Ultraschall und Kraft-Momenten-Sensoren.
• Dynamische Schutzfelder: Echtzeit-Anpassung der Sicherheitszonen abhängig von Geschwindigkeit, Armposition und Umgebung.
• Kollisionsvermeidung durch KI: Vorausschauende Trajektorienplanung, um gefährliche Bewegungen zu verhindern.
• Integrierte Steuerungssicherheit: Plattform- und Armsteuerung kommunizieren auf funktional-sicherem Niveau.
• Virtuelle Absperrungen: Digitale ‚Geofences‘ definieren Aktionsbereiche für den Roboterarm.

Cybersicherheit als integraler Bestandteil

Flexible, autonome Produktionsassistenten anstelle von ‚fahrenden Transportkisten‘ © Kuka Group

Mobile Robotiksysteme sind meist vernetzt, beispielsweise mit der Lagerverwaltung, Produktionsleitsystemen oder Cloud-Plattformen. Eine solche Vernetzung sowohl Vorteile als auch Risiken, denn Cyberangriffe können direkt physische Schäden verursachen.

Mit dem Cyber Resilience Act (CRA) schafft die EU erstmals verbindliche Anforderungen an die Cybersicherheit vernetzter Produkte.

• Sicherheits-by-Design: Schutzmechanismen müssen von Anfang an in Hard- und Software integriert werden.
• Schwachstellenmanagement: Sicherheitslücken sind über den gesamten Lebenszyklus zu identifizieren und zu schließen.
• Updates und Patches: Zeitgerechte Sicherheitsupdates müssen auch für eingebettete Systeme erfolgen.
• Transparenzpflichten: Sicherheitsmerkmale sind offenzulegen.

Für die mobile Robotik bedeutet das, dass die Plattformsteuerung, die Manipulatorsteuerung und die Flottenmanagement-Software gemeinsam CRA-konform sein müssen.

Neue Maschinenverordnung (EU 2023/1230)

Die neue Maschinenverordnung integriert Cybersicherheits-aspekte direkt in die Maschinensicherheit:

Jens Müller ist ISO/IEC 17024 zertifizierter Sachverständiger für Maschinensicherheit, Roboter und Handhabungssysteme und BDSF-geprüfter Sachverständiger für Arbeitssicherheit, CMSE

• Risikobewertung auch für Cyberangriffe, die sicherheitsrelevante Funktionen beeinflussen.
• Schutz vor Manipulation der Steuerungssysteme.
• Interoperabilität: Vernetzte Maschinen müssen sicher mit anderen Systemen interagieren.
• Dokumentationspflichten: Technische Unterlagen umfassen nun Sicherheits- und Cyberaspekte.

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass CRA und Maschinenverordnung sich ergänzen: CRA regelt produktspezifische Cyberanforderungen, währende die Maschinenverordnung diese mit klassischen Sicherheitsanforderungen verknüpft.

Sicherheit und Cyberschutz als Erfolgsfaktor

Mobile Robotik ist längst mehr als ‚fahrende Transportkisten‘. Die Integration von Manipulatoren macht sie zu flexiblen, autonomen Produktionsassistenten. Doch mit den neuen Möglichkeiten wächst auch die Verantwortung: Sicherheit und Cybersicherheit müssen von Anfang an zusammen gedacht werden. Unternehmen, die diese Herausforderung frühzeitig meistern, sichern sich regulatorische Konformität und einen klaren Wettbewerbsvorteil. Die Normungs- und Regulierungslandschaft (ISO/TC 299, IEC 62443, CRA, neue Maschinenverordnung) wird entscheidend dazu beitragen, dass physische Sicherheit und Cyber-Resilienz Hand in Hand gehen.