Bezpieczna współpraca ludzi i robotów

Czym charakteryzują się roboty współpracujące?

Koboty opisują roboty o ograniczonej mocy i sile. Patrząc z szerszej perspektywy, mówimy o robotach, które mogą mieć bezpieczny kontakt z człowiekiem. Koboty mogą być wykorzystywane zarówno do użytku przemysłowego, jak i w codziennej pracy, np. w szpitalu (robot pracujący w szpitalu może dostarczać leki konkretnym pacjentom za pomocą automatycznego systemu sterującego). Kobot może być umieszczony w jednej stałej pozycji lub poruszać się samodzielnie i wykonywać ograniczone ruchy. Jest przeznaczony do współpracy w środowisku, w którym znajduje się człowiek i może nastąpić przypadkowy kontakt z nim.

W aplikacjach medycznych mamy natomiast do czynienia zarówno z kobotami, jak i robotami medycznymi (służącymi np. do rehabilitacji). Roboty Universal Robots mogą być wykorzystywane w obu wymienionych przypadkach. Mamy w związku z tym szerokie pojęcie robotów współpracujących, które mogą występować w różnych branżach i w różnych aplikacjach. Jednak cechą wspólną wszystkich kobotów jest ich bezpieczny kontakt z człowiekiem. 

W aplikacjach przemysłowych kontakt z robotem może być przypadkowy lub celowy. W kontakcie celowym operator pracuje w tej samej przestrzeni roboczej oraz steruje robotem za pomocą dotyku. 

Czego dotyczy nowa specyfikacja techniczna?

ISO/TS 15066 zawiera wytyczne dotyczące projektowania i wdrażania wspólnych przestrzeni roboczych dla człowieka i robota, które kontrolują wynikające z tej współpracy ryzyko. Za nową specyfikacją techniczną stoi idea dozwolonego kontaktu pomiędzy cobotem a człowiekiem, przy czym kontakt ten nie wywołuje bólu i nie powoduje kontuzji. Specyfikacja określa po raz pierwszy limity prędkości i mocy dozwolonych w przypadku kontaktu robota z człowiekiem i ocenę ryzyka aplikacji. 

Jakimi parametrami technicznymi zostały scharakteryzowane koboty?

Najnowsza specyfikacja techniczna nie określa udźwigu robota. Udźwig określany jest dla konkretnej aplikacji. Spójrzmy na to w bardzo ogólnym kontekście. Przykładowo są producenci robotów, którzy posiadają roboty współpracujące o udźwig do 35 kg. Ten konkretny robot, mimo że ma tak duży udźwig, w aplikacji współpracującej nie będzie obciążony przez cały czas. 

Przykładowo taki robot przenosi opony z palety w inne miejsce na hali. W tym przypadku pracownik ma kontakt z systemem robotycznym w momencie pobierania opon. Następnie robot porusza się powoli we wskazane miejsce, bez ingerencji człowieka. Pomimo dużego obciążenia jest to typowa aplikacja współpracująca, w której człowiek doświadcza kontaktu z robotem.

Jakie są różnice, jeśli chodzi o bezpieczeństwo pracy robotów współpracujących?

Załóżmy, że mamy tę samą aplikację, lecz z udźwigiem 5 kg i robotem UR5. Problemem nie jest duży udźwig, ale to, z jaką prędkością on się porusza oraz na ile ostry/niebezpieczny jest manipulowany obiekt. 

Jeśli manipulowany obiekt nie jest niebezpieczny i ryzyko wyrządzenia krzywdy operatorowi jest minimalne, to nawet przy dużym obciążeniu nie trzeba stosować dodatkowych systemów bezpieczeństwa. Jednak im mniejsze obciążenie, tym częściej będziemy mieć aplikacje współpracujące bez dodatkowych zabezpieczeń. Wszystko odnosi się do energii. Jeśli posiadamy system robotyczny składający się z ramienia, chwytaka oraz manipulowanego obiektu i obiekt ten uderzy w człowieka, to wszystko zależeć będzie od energii, z jaką zostało wykonane uderzenie. Im wyższa energia, tym mocniejszy kontakt z człowiekiem, a to właśnie on może spowodować potencjalny ból lub uszkodzenie ciała. W przypadku lżejszego udźwigu możemy poruszać ramieniem szybciej, ale ciągle pamiętając o limicie mocy. I odwrotnie: im ciężar większy, tym wolniej poruszamy się. Moim zdaniem w przemyśle może występować wiele aplikacji współpracujących, ale ze względu na ograniczenia prędkości mogą być one nieproduktywne. Podsumowując: problemem nie jest ciężar podnoszonego obiektu, ale akceptowana prędkość wykonywanych operacji. To ciągle niezbadany rynek, jednak w obszarach produkcyjnych możemy znaleźć wiele aplikacji z robotem o udźwigu do 10 kg, wykonujących proste czynności, które mogą być wykonywane przy relatywnie niskiej prędkości i ograniczonym ruchu ramienia robota.

Kiedy w końcu zrozumiemy i będziemy mieli potrzebę tworzenia bardziej kompleksowych aplikacji, będzie istniała potrzeba zastosowania dodatkowych systemów bezpieczeństwa. Kombinacja dwóch zagadnień – „Monitorowania prędkości i oddzielania” oraz „Ograniczenie Mocy i Siły” – sprawdzi się w takim przypadku. Przykładowo: jeśli nie ma żadnego człowieka w pobliżu pracy robota, porusza się on w pełnym zakresie, na jaki pozwala system. Jeśli zbliża się człowiek, robot zaczyna zwalniać, a gdy człowiek podchodzi jeszcze bliżej, robot w pełni się zatrzymuje albo działa dalej, ale z bardzo ograniczoną prędkością, której kontakt nie wywoła bólu lub uszkodzenia ciała. 

Jakie normy odnosiły się do robotów współpracujących do momentu wprowadzenia nowej specyfikacji technicznej?

Od 2011 r. obowiązują w dwa główne normy dotyczące robotów przemysłowych ISO 10218-1 i ISO 10218-2. Specyfikacja techniczna ISO/TS 15066 została stworzona jako ich uzupełnienie i dotyczy przede wszystkim wymagań związanych z bezpieczeństwem współpracujących systemów robotycznych i ich środowiskiem pracy.  

Część pierwsza ISO 10218 zawiera tylko jedną stronę wytycznych dla producentów robotów współpracujących i funkcji tych robotów. Część druga składa się natomiast z około ośmiu stron i mówi o tym, jak prawidłowo powinny być one wykorzystywane. W tym momencie, kiedy koboty zyskują na popularności, jest to niestety niewystarczające. 

Głównym problemem, z jakim musieliśmy się zmierzyć, tworząc specyfikację techniczną ISO/TS 15066, był brak jakichkolwiek naukowych badań dotyczących wpływu kontaktu robota z ciałem – w przeciwieństwie np. do branży Automotive, w której prowadzone są szczegółowe badania dotyczące siły i mocy, z jaką łamane są kości w czasie wypadku. W tym przypadku złamanie kości jest akceptowalne w czasie wypadku, jeśli zostaje ocalone życie ludzkie. W sytuacji analogicznej w przemyśle kontakt pracownika z robotem, w którym zostaje złamana kość jest całkowicie nieakceptowalny. W związku z tym na Uniwersytecie w Mainz (Niemcy) naukowcy przeprowadzili badanie początku bólu. W badaniu wzięło udział 100 pacjentów i polegało ono na ustaleniu limitów siły i nacisku na 29 obszarów ciała. Badanie posłużyło do stworzenia listy dopuszczalnych poziomów siły i nacisku dla poszczególnych części ciała ludzkiego. Dopuszczalne limity zostały ustalone w sposób bardzo rygorystyczny. 

Dla dużych koncernów wyszczególnione limity mogą być niewystarczające i obecnie nieakceptowalne, ale w przypadku mniejszych firm mogą stanowić wyznacznik dla operatorów, którzy mogą zdecydować, czy chcą dobrowolnie mieć kontakt z robotem i w jakim stopniu jest on dla nich akceptowalny. Cały czas jednak zakładamy, że kontakt nie jest ciągły, a po prostu może sporadycznie się zdarzyć.  

W mojej opinii specyfikacja techniczna daje pozytywne wskazówki w tworzeniu aplikacji, natomiast obawiam się, że ludzie – patrząc na tak zachowawcze normy – zaczną zastanawiać się, czy jest sens przejmować się nimi. Celem tworzenia aplikacji z kobotami bez żadnych zabezpieczeń jest umożliwienie pracownikom produkcyjnym częściowego usprawnienia pracy poprzez automatyzację lub wykorzystania robota jako typowego narzędzia.  

Jakie są obecnie i jakie mogą w przyszłości pojawić się wyzwania dla producentów robotów współpracujących oraz przedsiębiorstw je stosujących?

Spójrzmy na to pytanie nie tylko z pozycji Universal Robots, ale także innych producentów robotów. My dostarczamy ramię robota, które porusza się z określoną prędkością i udźwigiem, jednak dla każdej aplikacji, w której będzie pracował ten robot limity będą różne. Skąd mamy wiedzieć, w jaki sposób nasze roboty będą wykorzystywane i jakimi przedmiotami, np. ostrymi, będą manipulować? To wyzwanie dla integratorów zewnętrznych i przedsiębiorstw, które samodzielnie będą tworzyć aplikacje współpracujące. Ryzyko istnieje zawsze.  

Przykładem może być aplikacja wykonywana manualnie, w której jeden pracownik nakłada na przedmiot gorący klej, a następny, znajdujący się obok, przykleja kolejną część. W momencie nakładania kleju mogą następować rozbryzgi, które mogą sparzyć obu pracowników. Zastępując pracownika robotem nakładającym klej, eliminujemy ryzyko wystąpienia rozbryzgów. Jednak w tej sytuacji robot nakłada gorący klej. Czy w takim przypadku powinny pojawić się dodatkowe systemy zabezpieczenia, jeśli wcześniej ich nie było? 

To bardzo trudna sytuacja do rozpatrzenia. Musimy na to spojrzeć w szerszym kontekście pracy człowieka z robotem. Celem automatyzacji pracy jest zminimalizowanie ryzyka, które występowało przy pracy manualnej. Jednak to ryzyko zawsze będzie istnieć. Pytanie, czy jest ono mniejsze w przypadku pracy z system robotycznym niż gdy praca jest wykonywana przez człowieka. Jeśli odpowiedź brzmi „tak”, to znaczy, że jest to wartościowa aplikacja. Jeśli odpowiedź brzmi „nie” i ryzyko jest takie samo bądź wyższe, potrzebujemy dodatkowych systemów bezpieczeństwa. Nowa specyfikacja umożliwia łatwe przeprowadzenie analizy ryzyka dla tego typu aplikacji.

Co dziś jest największym problemem w dziedzinie kobotów z punktu widzenia zapewnienia bezpieczeństwa ich pracy i bezpieczeństwa osób, z którymi współpracują?

Przede wszystkim to na użytkownikach końcowych spoczywa odpowiedzialność za właściwe zapewnienie bezpieczeństwa pracy i odpowiednie przeszkolenie pracowników do pracy z robotami współpracującymi. Ważne, aby pracownik miał świadomość wystąpienia potencjalnych niebezpieczeństw w trakcie pracy czy programowania aplikacji współpracującej. Na każdym etapie pracy jest też istotne, by pracownik posiadał kask i gogle ochronne. W specyfikacji technicznej wskazujemy również rodzaj ruchów, jakich nie powinien wykonywać robot. 

Warto ponadto zwrócić uwagę, że nawet w procesach niezautomatyzowanych pracownik ma do dyspozycji niebezpieczne narzędzia i powinien być zaznajomiony z możliwym ryzykiem. To samo dotyczy bezpiecznej pracy z kobotem. 

Integratorzy i użytkownicy końcowi powinni mieć świadomość, że integrując aplikację z kobotami muszą spełnić wymagania dyrektywy maszynowej. Moim zdaniem wyzwaniem jest przekonanie małych przedsiębiorstw produkcyjnych do nowego podejścia zarządzania ryzykiem. Aplikacje, w których występują koboty, należą do najmniej niebezpiecznych i spełnienie nawet 80% wymagań związanych z analizą ryzyka dla aplikacji będzie już wystarczające.

W jakich nowych sektorach przemysłu widzi Pani roboty współpracujące?

Przedsiębiorcy z małych i średnich zakładów będą musieli w najbliższym czasie zainwestować w robotyzację, aby zwiększyć produktywność. W przeciwnym wypadku będą zmuszeni do przeniesienia produkcji do krajów o tańszej sile roboczej, co nie wpływa dobrze na wizerunek. Wprowadzenie nawet w najmniejszym stopniu automatyzacji może mieć wpływ na zwiększenie produktywności, jakości produktów, a także ogólnej satysfakcji pracowników. 

W jakim kierunku będzie rozwijała się technologia robotów współpracujących w najbliższych latach?

W mojej opinii w najbliższych latach wystąpi znacząca poprawa w łatwości obsługi robotów współpracujących. Koboty będą mogły dostarczać więcej informacji czy przypominać o określonych zadaniach.

Kolejną technologią, która będzie się rozwijać, jest technologia oczujnikowania i sztucznej skóry przekazującej bodźce. Takie start-upy już istnieją, natomiast aby zostało to przyjęte na rynku, technologia ta musi zdecydowanie stanieć.   

Ostatnim ważnym punktem w rozwoju technologii w najbliższych latach będzie wzajemna komunikacja pomiędzy robotem a urządzeniami bezpieczeństwa, która będzie umożliwiała informowanie o dokładnej pozycji robota, a także człowieka. Obecnie robot wie, gdzie się znajduje, ale nie wie, kto lub co się do niego zbliża aż do momentu kolizji. Systemy bezpieczeństwa również nie rozpoznają dokładnej pozycji robota, ani nie wiedzą, z jaką dokładnie przeszkodą mają do czynienia. Co by było w sytuacji, gdyby robot mógł komunikować się z systemami bezpieczeństwa i obydwa znałyby swoje położenie oraz wiedziałyby, jaka przeszkoda się zbliża? Na chwilę obecną nie mamy takiego łącznika i myślę, że to właśnie jest poszukiwana technologia. 

Dziękuję za rozmowę

źródło: AutomatykaOnline.pl