Bezpieczeństwo współpracy z cobotem
FanucWygląda na to, że przed robotami współpracującymi rysuje się świetlana przyszłość. Mają one cechy typowe dla tradyjnych robotów przemysłowych, a przy tym mogą pracować ramię w ramię z człowiekiem na jednym stanowisku. Konstrukcja cobota, jego parametry i dostępne tryby pracy zostały bowiem całkowicie podporządkowane bezpiecznej kooperacji w środowisku przemysłowym na linii cobot–pracownik.
Termin „roboty współpracujące” odnosi się do robotów o ograniczonej mocy, sile i prędkości, które ponadto są wyposażone w odpowiednie funkcje zwiększające bezpieczeństwo. I choć coboty nie zawsze są w stanie uniknąć zderzenia z człowiekiem, to dzięki mniejszej sile uderzenia ryzyko poważniejszych obrażeń zostało ograniczone u ludzi do minimum. Można nawet w pewnym uproszczeniu przyjąć, że podczas projektowania cobotów najważniejsza jest kwestia bezpieczeństwa, podczas gdy w przypadku klasycznych robotów przemysłowych liczy się przede wszystkim wydajność.
Bezpieczeństwo cobotów zgodne z normami
Choć roboty współpracujące stopniowo zyskują na popularności już od co najmniej kilkunastu lat, to dopiero nie tak dawno doczekały się odpowiedniej normy, która reguluje kwestie bezpieczeństwa ich pracy. Wcześniej ogólne wytyczne co do bezpieczeństwa można było znaleźć m.in. w Dyrektywie Maszynowej (2006/42/WE), ewentualnie w normach PN-EN ISO 13849-1 (Bezpieczeństwo maszyn – Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem – Część 1: Ogólne zasady projektowania) lub PN-EN ISO 11161 (Bezpieczeństwo maszyn – Zintegrowane systemy produkcyjne – Wymagania podstawowe).
Wymogi bezpieczeństwa pracy robotów przemysłowych znajdziemy w dwóch normach z serii ISO 10218: PN-EN ISO 10218-1 (Roboty i urządzenia dla robotyki – Wymagania bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych – Część 1: Roboty) i PN-EN ISO 10218-2 (Roboty i urządzenia dla robotyki – Wymagania bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych – Część 2: System robotowy i integracja).
Jednak dopiero w 2016 r. pojawiła się pierwsza specyfikacja techniczna, która odnosiła się bezpośrednio do bezpieczeństwa pracy robotów współpracujących. Norma ISO/TS 15066, która stanowi uzupełnienie norm ISO 10218, zawiera wytyczne, dotyczące zapewnienia bezpieczeństwa podczas projektowania i wdrażania aplikacji wykorzystujących coboty. Definiuje ona m.in. ocenę ryzyka podczas instalacji i pracy cobota w danej aplikacji. Co istotne, normy bezpieczeństwa muszą obejmować nie tylko samego robota, ale całe jego otoczenie, czyli znajdujące się w pobliżu obiekty, a także narzędzia wykorzystywane przez cobota.
Scenariusze współpracy z cobotami
Bezpieczeństwo aplikacji, w której pracuje robot współpracujący, można realizować na różne sposoby. Dostępne standardy ISO zalecają 4 podstawowe scenariuszy pracy człowieka w bezpośrednim kontakcie z robotem współpracującym, z których 3 można stosować także do tradycyjnych robotów przemysłowych, a jeden jest typowy właśnie dla cobota. W każdym z tych trybów kluczowe jest albo uniknięcie kontaktu robota z człowiekiem, albo, gdy taki kontakt jest konieczny, nie powodował on żadnych obrażeń u pracownika.
4 scenariusze współpracy na linii człowiek–robot wg standardów ISO:
• praca z funkcją bezpiecznego kontrolowanego zatrzymania robota,
• praca z ręcznym prowadzeniem robota,
• praca przy zachowaniu odpowiedniej prędkości i odległości człowieka i robota,
• praca z ograniczoną mocą i siłą robota.
Według pierwszego scenariusza wyznaczona przestrzeń, w której pracuje robot, jest odpowiednio chroniona albo przez specjalne osłony, albo przy użyciu odpowiednich urządzeń elektronicznych. W przypadku naruszenia przez człowieka tej bezpiecznej przestrzeni robot automatycznie się zatrzymuje. W tej metodzie kontakt człowieka z poruszającym się robotem jest praktycznie niemożliwy. Najczęściej jest ona stosowana w różnego rodzaju gniazdach roboczych (np. celach spawalniczych czy do zgrzewania).
Praca w trybie ręcznej kontroli ruchów robota polega na tym, że to operatora wymusza odpowiedni ruch ramienia robota, który jest w danym momencie bezpieczny dla człowieka. Tryb ten stosuje się najczęściej w dwóch przypadkach. W ten sposób programuje się ruchy cobota – operator prowadzi go określoną ścieżką albo od punktu do punktu. W takim trybie pracy cobot może też pełnić funkcję podobną do manipulatora. Przykładowo pobiera on najpierw w pełni autonomicznie jakiś element do dalszej obróbki lub montażu. Następnie operator prowadzi już w trybie ręcznym ramię cobota do określonego stanowiska roboczego i po pozostawieniu ładunku robot samodzielnie pobiera kolejny element.
W trybie pracy przy zachowaniu odpowiedniej prędkości i odległości cała przestrzeń robocza, nie tylko w bezpośrednim otoczeniu robota, jest stale monitorowana (a dokładniej prędkość poruszania się robota i człowieka i odległość między nimi) przez odpowiednie urządzenia optoelektroniczne (czujniki położenia i ruchu czy enkodery). Na podstawie odpowiednich algorytmów ustalana jest bezpieczna odległość między nimi, która zależy m.in. od prędkości poruszania się cobota i pracownika. W miarę potrzeby robot może zmienić swoją trajektorię ruchu, jednak zawsze zachowując odpowiednio bezpieczną odległość. W przypadku zmniejszania dystansu dzielącego człowieka i robota zmniejsza się prędkość maszyny aż do całkowitego jej zatrzymania.
Czwarty z sugerowanych scenariuszów praktycznie wymusza stosowanie robota współpracującego (w trzech poprzednich równie dobrze mógł znaleźć się tradycyjny robot), gdyż dopuszcza on kontakt z pracownikiem. Dlatego też w tym trybie współpracy cobot powinien poruszać się z ograniczoną siłą i mocą, aby w razie kontaktu zdołał się całkowicie zatrzymać albo wycofać ramię. Dzięki odpowiednim wzorom można wyliczyć maksymalne wartości poszczególnych parametrów ruchu robota, żeby w razie kontaktu nie zostały przekroczone wartości progowe nacisków powierzchniowych, powyżej których operator zacznie odczuwać ból. Cobot, aby mógł w ten sposób współpracować z człowiekiem, powinien być wyposażony w odpowiednie czujniki (m.in. siły i momentu w przegubach robota czy ciśnienia w osłonie cobota). Do tego nie powinien mieć ostrych krawędzi, a jedynie płaskie lub zaokrąglone, żeby powierzchnia ewentualnego kontaktu z człowiekiem była jak największa.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Funkcje cobotów, które czynią je bezpiecznymi
Roboty współpracujące charakteryzują się określonymi parametrami ruchu i odpowiednią konstrukcją, dzięki czemu ryzyko obrażeń człowieka, który przebywa w bliskim ich sąsiedztwie, jest niewielkie.
Oto przykładowe funkcje zwiększające bezpieczeństwo cobotów:
Ograniczona moc, siła i moment obrotowy – robot, który pracuje z ograniczoną z góry siłą, nie będzie oddziaływał na człowieka z siłą przekraczającą dopuszczalne limity bezpieczeństwa. W przypadku przekroczenia tych limitów nastąpi natychmiastowe zatrzymanie się robota.
Ograniczona prędkość – ponieważ kolizja z człowiekiem przy pełnej prędkości może spowodować poważne obrażenia, coboty często poruszają się powoli, mimo że są w stanie poruszać się dużo szybciej.
Tryby zatrzymania spełniające kryteria bezpieczeństwa – coboty mają kilka trybów zatrzymania w zależności od rodzaju zdarzenia, które miało miejsce. Na przykład „zatrzymanie awaryjne” będzie miało miejsce tylko w sytuacjach awaryjnych, ale „zatrzymanie ochronne” może zostać zastosowane, gdy osoba wejdzie do obszaru roboczego robota.
Monitorowanie prędkości i odległości – niektóre aplikacje wymagają dodatkowych czujników bezpieczeństwa, dzięki którym mogą wykryć, kiedy operator zbliży się za bardzo robota albo wejdzie do jego obszaru roboczego robota.
Ergonomiczna konstrukcja – kolizje nie są jedynym potencjalnym zagrożeniem związanym z robotami. Coboty zaprojektowano także z myślą o ergonomii, dzięki czemu nie mogą zranić osoby, jeśli np. ręka utknie między elementami robota.
Kiedy cobot musi pracować za ogrodzeniem?
Jedną z największych zalet robotów współpracujących jest to, że nie muszą one pracować za specjalnymi ogrodzeniami. Wystarczy bowiem użyć np. odpowiednio dobrane czujniki bezpieczeństwa. Nie oznacza to jednak, że zawsze można całkowicie zrezygnować z dodatkowych osłon. Są bowiem sytuacje, w których nawet w przypadku cobota dodatkowe ogrodzenie będzie niezbędne. Decyzję o tym, czy należy użyć specjalnego ogrodzenia, czy też może wystarczą tylko czujniki bezpieczeństwa, należy podjąć po przeanalizowaniu kilku kluczowych aspektów.
Po pierwsze, istotna jest kwestia, czy cobot manipuluje niebezpiecznymi przedmiotami (np. ostrymi lub ciężkimi), które nawet przy kontakcie z niewielką prędkością mogą spowodować poważne obrażenia. Ważna jest również prędkość poruszania się cobota. Jeśli jest duża, wówczas również ryzyko obrażeń wzrasta. Potencjalnie niebezpieczne jest także manipulowanie przedmiotami, które w miarę łatwo mogą się wyśliznąć, nawet jeśli nie są one zbyt ciężkie. Kolejnym aspektem jest wykonywane przez cobota zadanie. Jeśli realizuje on takie procesy, jak spawanie, zgrzewanie czy malowanie, wówczas sam efektor końcowy może stanowić zagrożenie dla operatora.
Przed wdrożeniem robota współpracującego każdorazowo niezbędne powinno być przeprowadzenie oceny ryzyka. Jest to szczególnie ważne właśnie w przypadku cobotów, ponieważ ich zastosowania mogą być bardzo różne. A nawet niewielkie różnice, np. w odniesieniu do wykorzystywanego efektora końcowego, mogą diametralnie zmienić ryzyko obrażeń w wyniku kolizji robota z człowiekiem.
O Autorze
