Bezpieczeństwo systemów robotycznych we współpracy z człowiekiem

Roboty współpracujące stworzyły nowe możliwości w przemyśle, przyczyniając się do poprawy elastyczności procesów produkcyjnych. Jednocześnie w sposób rewolucyjny wpłynęły na podejście do kwestii bezpieczeństwa. Coboty cechuje ograniczona moc i ściśle kontrolowana siła. Pozwala to stworzyć aplikację, w której system robotyczny (składający się z robota i manipulatora) umożliwia robotowi i człowiekowi przebywanie oraz pracę w bezpośredniej bliskości bez narażania pracownika na ryzyko utraty zdrowia.

Bezpieczeństwo a uwarunkowania prawne – nowa specyfikacja ISO
O bezpieczeństwie pracy robotów mówi tzw. dyrektywa maszynowa nr 2006/42 /EC (Machine Directive – MD) (dokładna nazwa: Dyrektywa 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie maszyn, zmieniająca dyrektywę 95/16/WE). Wszystkie maszyny i urządzenia zainstalowane w Unii Europejskiej muszą spełniać podstawowe wymagania w zakresie zdrowia i bezpieczeństwa wymienione w załączniku I do tej dyrektywy. W ramach dokumentu zharmonizowane zostały normy ISO 10218-1, ISO 10218-2 i ISO 13849-1. Należy zakładać, że jeśli maszyna lub urządzenie spełnia wymagania takiej zharmonizowanej normy to spełnia również zasadnicze wymagania dyrektywy maszynowej.

W lutym 2016 roku normy ISO dla tradycyjnych robotów przemysłowych zostały wzbogacone o specyfikację techniczną odnoszącą się do robotów współpracujących. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) opublikowała nową specyfikacją techniczną ISO/TS 15066 wspierającą dokument ISO 10218-1, znany pod nazwą „Safety Requirements for Industrial Robots" (Wymagania bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych) oraz ISO 10218-2 – Wymagania bezpieczeństwa dla systemów robotycznych i integracji. ISO/TS 15066 zawiera wytyczne, które definiują, w jaki sposób zapewnić bezpieczeństwo podczas projektowania i wdrażania aplikacji zrobotyzowanych.

Nowa specyfikacja techniczna dostępna pod adresem http://www.iso.org/iso/home/store.html została opracowana na podstawie opinii członków z 24 krajów, w tym przedstawicieli Universal Robots. Prace nad ISO/TS 15066 rozpoczęły się w 2010 roku, a opublikowany wynik jest konsensusem pomiędzy wszystkimi zainteresowanymi stronami.

ISO/TS 15066 w praktyce
ISO/TS 15066 zawiera wytyczne dotyczące oceny ryzyka podczas procesu instalacji i pracy robota współpracującego w danym zastosowaniu. Ważne jest to, że nie tylko robot, a cały system robotyczny obejmujący obiekty, przy których pracuje oraz dodatkowe narzędzia, musi spełniać stosowne normy bezpieczeństwa. Najistotniejszy w całym dokumencie, z punktu widzenia bezpieczeństwa zastosowań robotów współpracujących, jest dział 5.4 normy ISO 10218-1. Ten dział definiuje wymagania bezpieczeństwa dla systemów sterowania. Związane z bezpieczeństwem części systemów sterowania powinny być zaprojektowane w taki sposób, by były zgodne z poziomem wykonania (Performance Level) PL=d ze strukturą Kategorii 3, jak to określono w normie ISO 13849-1 (dział 5.2.2 normy ISO 10218-1), albo w taki sposób, by były zgodne z określonym poziomem wykonania i oceną ryzyka (ISO 10218-1 sekcja 5.2.3). Kategoria 3 dotyczy obecnie dość powszechnego systemu skonstruowanego z użyciem podwójnych zabezpieczeń. Termin ten oznacza, że pojedynczy defekt nie prowadzi do utraty funkcji bezpieczeństwa. Warto nadmienić, że w każdym z robotów współpracujących Universal Robots zainstalowany został system bezpieczeństwa PL=d z podwójnym zabezpieczeniem I/O. Norma ISO 13849-1 definiuje poziom wykonania (PL – Performance Level) jako dyskretny poziom wykorzystywany do określenia zdolności elementów związanych z bezpieczeństwem systemu sterowania do realizacji funkcji bezpieczeństwa w przewidywalnych warunkach. Innymi słowy pomaga on oszacować prawdopodobieństwo, że funkcja związana z bezpieczeństwem przestanie działać, stwarzając niebezpieczeństwo. Specyfikacja ISO/TS 15066 zawiera cenne wskazówki związane także oszacowaniem ryzyka, przeznaczone dla integratorów zajmujących się implementacją współpracujących robotów. Oszacowanie ryzyka jest całościowym procesem obejmującym analizę ryzyka i ocenę ryzyka. Oznacza to identyfikację wszystkich rodzajów ryzyka i zmniejszenie ich do akceptowalnego poziomu (mówi o tym norma ISO 12100). Ocena ryzyka ma szczególne znaczenie przy doborze właściwego rozwiązania zrobotyzowanego w przemyśle.

Wbudowane cechy bezpieczeństwa robotów współpracujących
Coboty Universal Robots posiadają aż 15 wbudowanych funkcji bezpieczeństwa. To znacznie więcej niż przeciętna liczba tego typu mechanizmów w większości dostępnych na rynku urządzeniach. Zabezpieczenia te zapewniają pełną zgodność z opisanymi powyżej normami bezpieczeństwa. Opatentowany system sterowania robotów UR zawiera funkcje bezpieczeństwa, które mogą być dostosowane do potrzeb użytkownika. Są to m.in.: położenie i prędkość łącznie, położenie TCP (Robot tool-center-point), orientacja narzędzia, szybkość i siła, a także pęd i moc robota. W efekcie współpraca robota i człowieka – Human-Robot Collaboration (HRC) w przypadku urządzeń dostarczanych przez Universal Robots może odbywać się w sposób bezpieczny, zgodny z obowiązującymi normami.

Zdaniem eksperta - Roberta Nelson Shea, Global Technical Compliance Officer, Universal Robots

Czy roboty są bezpieczne dla ludzi? Wielu przedsiębiorców żywi takie obawy i zastanawia się nad tym, na ile kosztowne jest dostosowanie obszaru roboczego, w którym operują roboty, do wymogów bezpieczeństwa. Jest to zagadnienie niezwykle istotne i Universal Robots przykłada do niego dużą wagę, dlatego też w ramach naszej organizacji działa specjalny zespół współpracujący z partnerami technologicznymi i ekspertami ds. bezpieczeństwa, którego rolą jest identyfikowanie potencjalnych usprawnień niezbędnych do dalszego ulepszania naszych produktów.

Tworzone przez nas coboty posiadają aż 15 wbudowanych funkcji bezpieczeństwa, które zapewniają dużo wyższy poziom ochrony niż ten opisany przez normy ISO oraz Dyrektywę Maszynową. Sam system sterowania robotów UR zawiera osiem funkcji bezpieczeństwa: położenie i prędkość łącznie, położenie TCP (Robot tool-center-point), orientacja narzędzia, szybkość i siła, a także pęd i moc robota. Funkcje te można dostosować do wymogów użytkownika. Zawsze też otwarcie przyjmujemy konstruktywne uwagi na temat tego, w jaki sposób możemy rozwijać i ulepszać nasze produkty, wyposażając je w nowe funkcje i funkcjonalności spełniające specyficzne potrzeby naszych klientów.

Na bezpieczeństwo robotów patrzymy w sposób kompleksowy. Oszacowanie zagrożeń jest złożonym procesem, obejmującym takie aspekty jak analiza i ocena ryzyka. Oznacza to, że musimy zidentyfikować wszystkie rodzaje ryzyka i zmniejszyć je do akceptowalnego poziomu, zgodnie z wymaganiami normy ISO 12100. Dodatkowo specyfikacja ISO/TS 15066 zawiera cenne wskazówki praktyczne przeznaczone dla integratorów zajmujących się implementacją cobotów.
Bezpieczeństwo jest jednym z aspektów, który szczególnie niepokoi przedsiębiorców zastanawiających się nad wdrożeniem cobotów. Moją misją jest „odczarowanie" wszystkich kwestii wiążących się z użytkowaniem robotów. Jestem zwolennikiem globalnej harmonizacji wymogów bezpieczeństwa pozwalającej obniżać koszty tworzenia nowych modeli robotów, ich produkcji i dostosowania do wymogów regulacyjnych.