Roboty współpracujące zapewniają korzyści firmom produkcyjnym, jednak firmy te muszą najpierw dokładnie zapoznać się z tymi urządzeniami, a następnie odpowiednio je wdrożyć w swoich zakładach.
Roboty współpracujące, często określane mianem cobotów to urządzenia robotyczne zaprojektowane do fizycznej współpracy z ludźmi w zakładach. W artykule przeanalizowano trzy fazy skutecznego wdrażania robotów współpracujących: edukację, ocenę i projekt.
1. Edukacja w zakresie robotów współpracujących
W przypadku wdrażania każdego urządzenia wykorzystującego nową technologię w zakładzie przemysłowym pierwszą fazą jest edukacja, czyli zapoznanie się z nowym urządzeniem. Należy uzyskać i przyswoić sobie informacje na następujące tematy: Jak ono działa? Jakie są jego możliwości oraz ograniczenia? Jak urządzenie to wpływa na nasze pojmowanie bezpieczeństwa?
Unikalna pozycja cobotów w świecie robotyki wynika z ich konstrukcji wewnętrznych, wykorzystujących technologię wykrywania siły. Robot współpracujący jest tak zaprojektowany, aby zatrzymał się, gdy wykryje siły zewnętrzne o wartościach przekraczających ustawione wartości progowe. Ma to na celu zapobieganie zranieniom ludzi. Dozwolone wartości prędkości i momentu obrotowego, występujących podczas ruchu robota, są ograniczone, aby wyeliminować niebezpieczny kontakt robota ze znajdującymi się obok żywymi operatorami. W wielu modelach cobotów możliwe jest ustawianie tych wartości progowych w programie sterującym, dlatego też użytkownik może dopasować poziom ograniczeń prędkości i momentu do potrzeb systemu. Osoby wdrażające coboty muszą być przeszkolone w zakresie odpowiednich wymagań BHP dla systemów zautomatyzowanych i cobotów.
Strategia bezpieczeństwa w przypadku robotów konwencjonalnych jest w dużym stopniu skupiona na separacji pomiędzy urządzeniami automatyki robotycznej a ludźmi. Stosuje się zabezpieczenia, takie jak wygrodzenia, które ograniczają dostęp ludzi do obszarów pracy robotów. Natomiast w obszarach, w których pracują i roboty, i ludzie, zwykle instaluje się urządzenia monitorujące, takie jak kurtyny świetlne i maty naciskowe. Odpowiednie normy i standardy określają minimalne odległości pomiędzy robotami a ludźmi dla różnych sytuacji.
Ważnym etapem wdrażania robotów w zakładzie jest wyznaczenie osoby odpowiedzialnej za bezpieczeństwo. W sytuacji, gdy ludzie i roboty mają pracować razem, wymagana jest zmiana podejścia do kwestii bezpieczeństwa. Cały czas są opracowywane nowe wytyczne w tym zakresie, natomiast w zakładzie sprawą kluczową jest wyznaczenie „mistrza”, który będzie znał najnowsze standardy przemysłowe oraz najlepsze praktyki wykorzystywania robotów. Te standardy regulacyjne to ANSI/RIA R15.06-2012, podający ogólne wymagania i wytyczne dla systemów robotycznych, oraz RIA R15.806-2016, który konkretnie dotyczy robotów współpracujących. Raport techniczny RIA TR15.806-2018 podaje dodatkowe wytyczne na temat testowania, które może być wymagane przy wyznaczaniu przestrzeni roboczej dla robotów współpracujących i ludzi.
2. Ocena ryzyka związanego z robotami współpracującymi
Rozpowszechnionym i niestety błędnym przekonaniem jest to, że system wykorzystujący roboty współpracujące jest bezpieczny dla ludzi. Ograniczenia mocy i siły dotyczą jednak tylko samego cobota. Nie mają natomiast wpływu na inne potencjalne zagrożenia ze strony innych podzespołów montowanych na podstawowym korpusie robota, takich jak elementy oprzyrządowania końcowego (ang. end-of-arm-tooling, EOAT).
Drugą fazą wdrażania robotów współpracujących jest ocena bezpieczeństwa systemu. Ocena ryzyka dla bezpieczeństwa to analiza potencjalnych zagrożeń występujących w systemie, wykonana na podstawie zadań dla robotów. Zagrożenia te są kwalifikowane na podstawie ich powagi i częstotliwości występowania, a następnie analizowane pod kątem możliwości ograniczenia ryzyka poprzez projektowanie. Ten ciągły proces powinien rozpocząć się od wstępnego zaprojektowania systemu, a następnie być kontynuowany podczas jego tworzenia. Ten typ procedury iteracyjnej zapewni, że wymagania dotyczące bezpieczeństwa zostaną spełnione za pomocą odpowiedniego zaprojektowania systemu, nie zaś dopiero np. wskutek wystąpienia wypadku przy pracy.
Należy rozważyć, jakie zadania w zakładzie będą wykonywać coboty. Najlepiej będzie, jeśli ludzie będą wykonywali to, co potrafią najlepiej: podejmowanie kluczowych decyzji, prace wymagające wysokiej sprawności manualnej i percepcji, wykorzystujące techniczną wiedzę specjalistyczną oraz operacje nierutynowe. Roboty są natomiast najlepiej dopasowane do prac powtarzalnych i rutynowych. Programowanie robotów może być rozbudowane tak, aby obejmowało procesy podejmowania decyzji, jednak jest to efektywnym kompromisem, gdy decyzyjne zmienne wyjściowe są ograniczone. W przypadku robotów współpracujących ta decyzja przydziału zadań jest rozszerzana o analizę tego, jak wpłynie to na ocenę ryzyka.
Faza oceny ryzyka będzie zależała od znajomości robotów współpracujących oraz odpowiednich standardów. Na przydział zadań będą miały wpływ możliwości robota. Urządzenia ograniczające moc i siłę współpracują z ograniczeniami dotyczącymi maksymalnej ładowności robota: od 4 do 35 kg. Jest to zakres stosunkowo małych ciężarów w porównaniu z robotami przemysłowymi, które mogą podnosić ciężary przekraczające nawet 2000 kg. Prędkość poruszania się ramion cobotów jest znacznie ograniczona w porównaniu do robotów konwencjonalnych, co może wpłynąć na docelowe czasy cyklu produkcji. Każde zadanie dla cobota będzie musiało być ocenione pod względem wykonalności z uwzględnieniem powyższych parametrów.
3. Projekt wdrożenia robota współpracującego
Projekt wdrożenia robota współpracującego obejmuje analizę możliwości fizycznego kontaktu tej maszyny z ludźmi, a nie jej samej. W ocenie ryzyka muszą być wzięte pod uwagę urządzenia i oprzyrządowanie. Zadania do wykonania przez robota muszą być przeanalizowane pod kątem możliwości uderzenia przez robota ludzi znajdujących się w pobliżu, co może skutkować bardzo poważnymi obrażeniami ciała. Normy i przepisy BHP podają, jakie wartości sił uderzeń są akceptowalne dla różnych części ludzkiego ciała. Dlatego analiza możliwości kontaktu z robotem będzie inna np. dla nogi, a inna dla oka. Elastyczność programowania oraz konfigurowania cobota sprawia, że koniecznie należy zapoznać się z ograniczeniami sił, mającymi na celu bezpieczeństwo operatora. Symulacja pomaga w identyfikacji zagrożeń oraz parametrów projektowych.
W większości cobotów zastosowano zaokrąglone kontury podzespołów, co ma na celu zwiększenie powierzchni ewentualnego kontaktu z ludźmi i w konsekwencji zmniejszenie działających sił. Podobne kwestie powinny być brane pod uwagę podczas doboru innego oprzyrządowania i urządzeń, które będą częścią stanowiska pracy cobota. Zabezpieczeniem mogą być tu np. specjalne pokrywy czy osłony, które zapobiegną niepotrzebnemu dostępowi pracowników do komponentów mogących być niebezpiecznymi dla ludzi. Taka pokrywa może być zdejmowana na czas wykonywania prac konserwacyjnych.
Niektóre zadania mogą stanowić takie zagrożenie, które nie może być usunięte ze względu na realizowany proces technologiczny czy produkcji. Na przykład wartość siły wymaganej do przymocowania jakiejś części do zespołu może być większa od bezpiecznej wartości granicznej. W takiej sytuacji można wykorzystać sprzęt pomocniczy do kontroli dostępu ludzi do przestrzeni pracy robota podczas jego działania. Sprzęt ten to np. kurtyny świetlne, monitorujące dostęp ludzi do obszaru dookoła maszyny i wyłączające ją w przypadku próby wejścia. Projekt systemu powinien zapewniać kontrole bezpieczeństwa podczas realizacji zadania stwarzającego zagrożenia i umożliwiać bezpieczną współpracę człowieka z robotem.
Traktowanie cobotów jak standardowe roboty ograniczy ich wartość. Ignorowanie bezpieczeństwa od początku stworzy niepotrzebne problemy dla projektu. Dlatego też wspólną przestrzeń pracy dla ludzi i cobotów należy odpowiednio zaprojektować od samego początku.
Kelly Chalmers, starszy menedżer projektów w firmie Applied Manufacturing Technologies, będącej partnerem medialnym CFE Media ds. treści.
