Dołącz do czytelników
Brak wyników

Bezpieczeństwo współpracy człowieka z robotem

Artykuł | 18 grudnia 2020 | NR 3
0 172

Ze względów bezpieczeństwa ludzie i roboty przez całe lata współpracowali na odgrodzonych od siebie przestrzeniach roboczych. Dokonujące się obecnie zmiany demograficzne prowadzące do starzenia się siły roboczej oraz wzrastające potrzeby w stosunku do wydajności produkcji dały impuls do prac nad zwiększeniem potencjału współpracy ludzi z robotami.

 

Kiedy człowiek i robot dzielą wspólną przestrzeń roboczą, niezwykle istotna staje się kwestia bezpieczeństwa. W praktyce oznacza to konieczność indywidualnego przeanalizowania każdej aplikacji pod kątem bezpieczeństwa.

W latach 50. XX w. Amerykanin George Devol zainicjował swoim wnioskiem patentowym dotyczącym „zaprogramowanego przekazywania artykułów” erę robotów przemysłowych. W 1961 r. w zakładzie General Motors po raz pierwszy w historii zastosowano w procesie produkcji robota o nazwie Unimate. W trosce o bezpieczeństwo pracowników zdecydowano się wtedy na ścisłe odseparowanie go od człowieka. Robot miał zastąpić pracę człowieka, a swoje zadania wykonywał w zamkniętej przestrzeni roboczej. Zasady współpracy polegające na odseparowaniu przestrzeni roboczej robota od człowieka pozostawały niezmienione przez ponad 50 lat.

 

Nowa era robotyki

Dzięki robotom nowej generacji, robotom współpracującym, czyli tzw. kobotom, sytuacja ta ulega aktualnie sporym zmianom. Nazwa „kobot” to połączenie angielskich słów „collaboration” (współpraca) i „robot” – robot współpracujący, a aplikacja wykorzystująca robota do ścisłej współpracy (HRC – human-robot collaboration) odbywa się we współdzielonej przestrzeni roboczej. W ten sposób można połączyć mocne strony i zalety maszyny, takie jak niezawodność, wytrzymałość i dokładność powtórzeń, z mocnymi stronami człowieka, a więc zręcznością, elastycznością i zdolnością do podejmowania decyzji. Przy takiej współpracy obszary robocze człowieka i robota nakładają się zarówno przestrzennie, jak i czasowo. Do aplikacji HRC wykorzystuje się roboty lekkie, które mogą przenosić ciężary rzędu 10 kg. Roboty te mogą pracować „ramię w ramię” z ludźmi przy fizycznie uciążliwych lub monotonnych zadaniach. Typowe obszary zastosowania to zadania typu „pick and place”, przeładunek materiałów między różnymi etapami produkcji i zastosowania typu „follow the line”, przy których robot musi dokładnie przestrzegać wyznaczonego toru ruchu (np. przy śledzeniu konturu lub pracach związanych z klejeniem).

 

Kolizja (już) niewykluczona

Aplikacje HRC rodzą nowe wyzwania związane z bezpieczeństwem. Istotna różnica między „klasycznymi” aplikacjami wykorzystującymi roboty, realizowanymi na wygrodzonych stanowiskach, a aplikacjami HRC polega na tym, że realnym zagrożeniem stają się kolizje między maszyną i człowiekiem. Nie mogą one jednak prowadzić do powstawania żadnych obrażeń. Warunkiem bezurazowej współpracy jest z jednej strony wyposażenie robota w bardziej niezawodne mechanizmy sterowania i inteligentne, dynamiczne czujniki, dzięki którym robot czuje, kiedy dojdzie do kolizji. Z drugiej strony konieczne jest opracowanie na gruncie normatywnym wiarygodnych standardów bezpieczeństwa. Centralną rolę odgrywa tu opublikowana na początku tego roku specyfikacja techniczna ISO/TS 15066 „Robots and Robotic Devices – Collaborative industrial robots” (Roboty i urządzenia dla robotyki – Przemysłowe roboty współpracujące), która umożliwia wdrożenie bezpiecznej aplikacji HRC po przeprowadzeniu odpowiedniej walidacji.

Opisano w niej szczegółowo cztery rodzaje współpracy jako zasady ochrony:

  • kontrolowane zatrzymanie ze względów bezpieczeństwa,
  • prowadzenie ręczne,
  • kontrola prędkości i odległości separacji,
  • ograniczenie mocy i siły.

Przy wdrażaniu aplikacji HRC integrator systemu może zastosować jeden lub więcej „rodzajów współpracy”.

Wspomniana specyfikacja techniczna jest ponadto pierwszą normą, która w Załączniku A podaje szczegółowe informacje dotyczące progów bólu dla różnych obszarów ciała. Wartości te stanowią podstawę do wdrażania aplikacji wykorzystujących „ograniczenie mocy i siły”.

Jak pokazuje praktyka, aplikację wykorzystującą współpracę między człowiekiem a robotem można często oprzeć – zgodnie ze specyfikacją ISO/TS 15066 – na połączeniu metod „kontroli prędkości i odległości separacji” oraz „ograniczeniu mocy i siły”. Istnieją jednak aplikacje z wykorzystaniem robotów, które nadal nie są w stanie funkcjonować bez wygrodzeń zabezpieczających. Może to wynikać np. z użycia ostro zakończonych lub zawierających ostre krawędzie narzędzi lub obrabianych przedmiotów, a także z konieczności zastosowania w procesie znacznych sił i prędkości.

W załączniku do specyfikacji technicznej ISO/TS 15066 zdefiniowano model obszarów ciała w celu ułatwienia procesu projektowania i integracji.

W modelu tym dla każdej części ciała (np. głowy, dłoni, ramienia czy nogi) podano odpowiednie wartości graniczne dla kolizji....

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy