Interakce člověka s robotem: Zajištění bezpečnosti ve světě spolupráce

Pracovní prostředí se rychle vyvíjí a roboti se stále více integrují do různých průmyslových odvětví. Tato integrace, známá jako interakce člověka s robotem (HRI), přináší obrovské příležitosti i potenciální výzvy, zejména v oblasti bezpečnosti. Jelikož roboti pracují po boku lidí, je klíčové zavést robustní bezpečnostní protokoly pro zmírnění rizik a zajištění bezpečného a produktivního pracovního prostředí na celém světě.

Co je interakce člověka s robotem (HRI)?

Interakce člověka s robotem (HRI) se zabývá studiem a návrhem interakcí mezi lidmi a roboty. Zahrnuje různé aspekty, včetně fyzické, kognitivní a sociální dynamiky těchto interakcí. Na rozdíl od tradičních průmyslových robotů, které pracují v izolovaných klecích, jsou kolaborativní roboty (koboty) navrženy tak, aby úzce spolupracovaly s lidmi ve sdílených pracovních prostorech. Toto kolaborativní prostředí vyžaduje komplexní přístup k bezpečnosti.

Význam bezpečnostních protokolů v HRI

Bezpečnostní protokoly v HRI jsou prvořadé z několika důvodů:

• Prevence zranění: Primárním cílem je předcházet zraněním lidských pracovníků. Roboti, zejména ti průmysloví, mohou vyvíjet značnou sílu a pohybovat se vysokou rychlostí, což představuje riziko zranění nárazem, přimáčknutím a dalšími nebezpečími.
• Zvyšování produktivity: Bezpečné pracovní prostředí podporuje důvěru mezi pracovníky, což vede ke zvýšení produktivity a efektivity. Když se pracovníci cítí bezpečně, je pravděpodobnější, že přijmou kolaborativní robotiku.
• Zajištění souladu s předpisy: Mnoho zemí má předpisy a normy upravující používání průmyslových robotů. Dodržování těchto norem je nezbytné pro právní soulad a vyhnutí se sankcím.
• Etické aspekty: Kromě právních a praktických hledisek existuje etický imperativ chránit lidské pracovníky před poškozením. Odpovědná implementace robotiky vyžaduje upřednostnění bezpečnosti nade vše ostatní.

Klíčové bezpečnostní normy a předpisy

Několik mezinárodních norem a předpisů poskytuje pokyny pro zajištění bezpečnosti v HRI. Mezi nejdůležitější patří:

• ISO 10218: Tato norma specifikuje bezpečnostní požadavky pro průmyslové roboty a robotické systémy. Zabývá se různými riziky, včetně přimáčknutí, střihu, nárazu a zapletení. ISO 10218-1 se zaměřuje na konstrukci robotů, zatímco ISO 10218-2 se zaměřuje na integraci robotických systémů.
• ISO/TS 15066: Tato technická specifikace poskytuje bezpečnostní požadavky pro kolaborativní roboty. Vychází z normy ISO 10218 a řeší jedinečné výzvy práce po boku robotů ve sdílených pracovních prostorech. Definuje čtyři techniky spolupráce: bezpečnostně monitorované zastavení, ruční navádění, monitorování rychlosti a vzdálenosti a omezení výkonu a síly.
• ANSI/RIA R15.06: Tato americká národní norma poskytuje bezpečnostní požadavky pro průmyslové roboty a robotické systémy. Je podobná normě ISO 10218 a je široce používána v Severní Americe.
• Evropská směrnice o strojírenských zařízeních 2006/42/ES: Tato směrnice stanovuje základní požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost strojních zařízení, včetně průmyslových robotů, prodávaných v Evropské unii.

Tyto normy poskytují rámec pro hodnocení rizik, implementaci bezpečnostních opatření a zajištění bezpečného provozu robotů v kolaborativním prostředí. Pro společnosti nasazující roboty je klíčové, aby si byly vědomy těchto předpisů relevantních pro jejich region a dodržovaly je.

Hodnocení rizik v HRI

Důkladné hodnocení rizik je základním krokem k zajištění bezpečnosti v HRI. Proces hodnocení rizik zahrnuje identifikaci potenciálních nebezpečí, vyhodnocení pravděpodobnosti a závažnosti poškození a zavedení kontrolních opatření ke zmírnění rizik. Klíčové kroky v procesu hodnocení rizik zahrnují:

1. Identifikace nebezpečí: Identifikujte všechna potenciální nebezpečí spojená s robotickým systémem, včetně mechanických nebezpečí (např. přimáčknutí, střih, náraz), elektrických nebezpečí a ergonomických nebezpečí.
2. Analýza rizik: Vyhodnoťte pravděpodobnost a závažnost každého nebezpečí. To zahrnuje zvážení faktorů, jako je rychlost, síla a rozsah pohybu robota, stejně jako frekvence a doba trvání interakce s člověkem.
3. Hodnocení rizik: Určete, zda jsou rizika přijatelná nebo vyžadují další zmírnění. To zahrnuje porovnání rizik se stanovenými kritérii přijatelnosti rizik.
4. Kontrola rizik: Zaveďte kontrolní opatření ke snížení rizik na přijatelnou úroveň. Tato opatření mohou zahrnovat technická opatření (např. bezpečnostní zařízení, ochranné kryty), administrativní opatření (např. školení, postupy) a osobní ochranné pracovní prostředky (OOPP).
5. Ověření a validace: Ověřte, že kontrolní opatření jsou účinná při snižování rizik, a validujte, že robotický systém funguje bezpečně, jak bylo zamýšleno.
6. Dokumentace: Zdokumentujte celý proces hodnocení rizik, včetně identifikovaných nebezpečí, analýzy rizik, hodnocení rizik a zavedených kontrolních opatření.

Příklad: Hodnocení rizik pro kobota používaného při balení by mohlo identifikovat nebezpečí přiskřípnutí ruky pracovníka mezi ramenem robota a dopravníkovým pásem. Analýza rizik by zvážila rychlost a sílu ramene robota, blízkost pracovníka k robotu a frekvenci úkolu. Kontrolní opatření by mohla zahrnovat snížení rychlosti robota, instalaci bezpečnostní světelné závory, která zastaví robota, pokud pracovník vstoupí do nebezpečné zóny, a poskytnutí rukavic pracovníkům na ochranu rukou. Nepřetržité monitorování a přezkoumávání hodnocení rizik je důležité pro přizpůsobení se změnám a novým potenciálním nebezpečím.

Navrhování pro bezpečnost v HRI

Bezpečnost by měla být primárním hlediskem během celého procesu návrhu robotických systémů. Několik principů návrhu může zvýšit bezpečnost v HRI:

• Bezpečnostně monitorované zastavení: Tato technika umožňuje robotovi pokračovat v provozu, dokud je v kolaborativním pracovním prostoru detekována osoba, ale zastaví robota, pokud se osoba dostane příliš blízko.
• Ruční navádění: To umožňuje operátorovi fyzicky vést pohyby robota pro učení nových úkolů nebo pro provádění úkolů vyžadujících manuální zručnost. Robot se pohybuje pouze tehdy, když operátor drží ovládací panel nebo vede rameno robota.
• Monitorování rychlosti a vzdálenosti: Tato technika neustále monitoruje vzdálenost mezi robotem a lidským pracovníkem a podle toho upravuje rychlost robota. Pokud se pracovník dostane příliš blízko, robot zpomalí nebo se úplně zastaví.
• Omezení výkonu a síly: Tento návrh omezuje výkon a sílu robota, aby se předešlo zraněním v případě kolize s lidským pracovníkem. Toho lze dosáhnout pomocí senzorů síly, senzorů točivého momentu a poddajných materiálů.
• Ergonomický design: Navrhněte robotický systém tak, aby se minimalizovala ergonomická nebezpečí, jako jsou opakované pohyby, nevhodné polohy a nadměrná síla. To může pomoci předcházet muskuloskeletálním poruchám a zlepšit pohodlí pracovníka.
• Rozhraní člověk-stroj (HMI): HMI by mělo být intuitivní a snadno použitelné, poskytovat jasné a stručné informace o stavu robota a jakýchkoli potenciálních nebezpečích. Mělo by také umožnit pracovníkům snadno ovládat robota a reagovat na alarmy.
• Bezpečnostní zařízení: Začleňte bezpečnostní zařízení, jako jsou světelné závory, laserové skenery, tlakově citlivé rohože a tlačítka nouzového zastavení, aby poskytly další vrstvy ochrany.
• Ochranné kryty: Použijte fyzické bariéry, abyste zabránili pracovníkům ve vstupu do pracovního prostoru robota. To je zvláště důležité pro vysoce rizikové aplikace, kde robot představuje značné nebezpečí.

Příklad: Kobot navržený pro montáž elektronických součástek by mohl mít ve svém koncovém efektoru zabudované senzory síly, které omezují sílu, kterou může na součástky vyvinout. Tím se zabrání poškození součástek a sníží se riziko zranění pracovníka. HMI robota by mohlo zobrazovat aplikovanou sílu, což by pracovníkovi umožnilo sledovat proces a v případě potřeby zasáhnout.

Školení a vzdělávání

Správné školení a vzdělávání jsou nezbytné pro zajištění toho, aby pracovníci rozuměli rizikům spojeným s HRI a věděli, jak bezpečně ovládat robotické systémy. Školicí programy by měly pokrývat témata jako:

• Principy bezpečnosti robotů a předpisy.
• Postupy hodnocení rizik.
• Bezpečné provozní postupy pro konkrétní robotický systém.
• Postupy nouzového zastavení.
• Správné používání bezpečnostních zařízení a OOPP.
• Postupy pro odstraňování problémů a údržbu.
• Postupy hlášení nehod a skoronehod.

Školení by mělo být poskytnuto všem pracovníkům, kteří budou interagovat s robotickým systémem, včetně operátorů, programátorů, personálu údržby a vedoucích pracovníků. Pravidelně by mělo být poskytováno opakovací školení, aby se zajistilo, že pracovníci zůstanou informováni o nejnovějších bezpečnostních postupech.

Příklad: Výrobní společnost nasazující koboty pro svařovací aplikace by měla poskytnout komplexní školení svým svářečským operátorům. Školení by mělo pokrývat témata jako principy bezpečnosti robotů, postupy hodnocení rizik, bezpečné svařovací postupy a správné používání svařovacích OOPP. Školení by také mělo zahrnovat praktickou práci s kobotem pod dohledem kvalifikovaného instruktora.

Monitorování a údržba

Pravidelné monitorování a údržba jsou klíčové pro zajištění toho, aby robotické systémy fungovaly bezpečně i v průběhu času. Monitorovací činnosti by měly zahrnovat:

• Pravidelné kontroly robotického systému za účelem identifikace jakýchkoli známek opotřebení, poškození nebo poruchy.
• Monitorování bezpečnostních zařízení pro zajištění jejich správné funkce.
• Pravidelné audity bezpečnostních postupů pro zajištění jejich dodržování.
• Analýza údajů o nehodách a skoronehodách za účelem identifikace trendů a oblastí pro zlepšení.

Činnosti údržby by měly zahrnovat:

• Pravidelné mazání a čištění robotického systému.
• Výměna opotřebovaných nebo poškozených dílů.
• Kalibrace senzorů a akčních členů.
• Aktualizace softwaru a firmwaru.
• Ověření a validace bezpečnostních funkcí po údržbářských činnostech.

Údržbu by měl provádět kvalifikovaný personál, který byl proškolen na konkrétní robotický systém. Všechny údržbářské činnosti by měly být dokumentovány a sledovány.

Příklad: Logistická společnost používající automaticky naváděná vozidla (AGV) ve svém skladu by měla provádět pravidelné kontroly AGV, aby se ujistila, že jejich senzory, brzdy a bezpečnostní zařízení fungují správně. Společnost by také měla monitorovat navigační trasy AGV, aby identifikovala jakákoli potenciální nebezpečí, jako jsou překážky nebo změny v uspořádání skladu.

Role technologie při zvyšování bezpečnosti HRI

Pokročilé technologie hrají stále důležitější roli při zvyšování bezpečnosti v HRI:

• Vizuální systémy: Vizuální systémy lze použít k detekci přítomnosti člověka v pracovním prostoru robota a ke sledování lidských pohybů. Tyto informace lze použít k úpravě rychlosti a trajektorie robota nebo k úplnému zastavení robota, pokud hrozí kolize.
• Senzory síly: Senzory síly lze použít k měření síly vyvíjené robotem a k omezení síly na bezpečnou úroveň. To může zabránit zraněním v případě kolize s lidským pracovníkem.
• Senzory přiblížení: Senzory přiblížení lze použít k detekci přítomnosti lidského pracovníka v blízkosti robota a ke zpomalení nebo zastavení robota předtím, než dojde ke kolizi.
• Umělá inteligence (AI): AI lze použít ke zlepšení vnímání prostředí robotem a k předvídání lidských pohybů. To může robotovi umožnit rychleji a efektivněji reagovat na potenciální nebezpečí.
• Virtuální realita (VR) a rozšířená realita (AR): VR a AR lze použít k školení pracovníků v bezpečných provozních postupech a k simulaci potenciálních nebezpečí. To může pracovníkům pomoci rozvinout dovednosti a znalosti potřebné pro bezpečnou práci s roboty.
• Bezdrátová komunikace: Bezdrátové komunikační technologie umožňují monitorování výkonu a prostředí robota v reálném čase. To může usnadnit dálkové ovládání, diagnostiku a bezpečnostní zásahy.

Příklad: Automobilový výrobce používající roboty pro lakování by mohl začlenit vizuální systém, který detekuje, kdy pracovník vstoupí do lakovací kabiny. Vizuální systém by mohl automaticky vypnout robota, aby se zabránilo vystavení pracovníka škodlivým výparům z barev. Kromě toho by nositelné senzory na pracovníkovi mohly monitorovat jeho blízkost k robotu a upozorňovat ho na potenciální nebezpečí prostřednictvím haptické zpětné vazby.

Řešení etických aspektů v bezpečnosti HRI

Kromě technických a regulačních aspektů jsou v bezpečnosti HRI životně důležité etické úvahy. Ty zahrnují:

• Transparentnost a vysvětlitelnost: Robotické systémy by měly být navrženy tak, aby byly transparentní a vysvětlitelné, aby pracovníci mohli pochopit, jak fungují a jak se rozhodují. To může pomoci budovat důvěru v robotický systém.
• Odpovědnost: Je důležité stanovit jasné linie odpovědnosti za bezpečnost robotických systémů. To zahrnuje určení, kdo je odpovědný za návrh, nasazení a údržbu robotického systému, a také kdo je odpovědný za reakci na nehody a skoronehody.
• Spravedlnost a rovnost: Robotické systémy by měly být navrženy a nasazeny způsobem, který je spravedlivý a rovný ke všem pracovníkům. To znamená zajistit, aby všichni pracovníci měli přístup ke školení a zdrojům, které potřebují k bezpečné práci s roboty, a aby žádní pracovníci nebyli nepřiměřeně vystaveni rizikům.
• Ztráta pracovních míst: Potenciální ztráta pracovních míst je významným etickým problémem spojeným s nasazováním robotů. Společnosti by měly zvážit dopad robotizace na svou pracovní sílu a podniknout kroky ke zmírnění jakýchkoli negativních důsledků, jako je poskytování rekvalifikačních příležitostí pro propuštěné pracovníky.
• Ochrana osobních údajů a bezpečnost: Robotické systémy často shromažďují a zpracovávají velké množství údajů o lidských pracovnících. Je důležité chránit soukromí a bezpečnost těchto údajů a zajistit, aby nebyly používány diskriminačním nebo škodlivým způsobem.

Příklad: Maloobchodní společnost nasazující roboty pro správu zásob by měla být vůči svým zaměstnancům transparentní ohledně toho, jak roboti fungují a jak jsou používáni. Společnost by také měla stanovit jasné linie odpovědnosti za bezpečnost robotů a měla by podniknout kroky k ochraně soukromí a bezpečnosti údajů shromážděných roboty.

Budoucí trendy v bezpečnosti HRI

Oblast HRI se neustále vyvíjí a objevují se nové trendy, které budou utvářet budoucnost bezpečnosti HRI:

• Pokročilé senzorové technologie: Nové senzorové technologie, jako jsou 3D kamery, lidar a radar, poskytují robotům podrobnější a přesnější porozumění jejich prostředí. To umožňuje robotům rychleji a efektivněji reagovat na potenciální nebezpečí.
• Bezpečnostní systémy s umělou inteligencí: AI se používá k vývoji sofistikovanějších bezpečnostních systémů, které mohou předvídat a předcházet nehodám. Tyto systémy se mohou učit z minulých incidentů a přizpůsobovat se měnícím se podmínkám.
• Kolaborativní roboty jako služba (Cobots-as-a-Service): Modely Cobots-as-a-Service zpřístupňují kolaborativní roboty malým a středním podnikům (MSP). To podporuje přijetí kolaborativní robotiky v širším spektru průmyslových odvětví.
• Design zaměřený na člověka: V HRI roste důraz na design zaměřený na člověka. To znamená navrhovat robotické systémy, které jsou intuitivní, snadno použitelné a bezpečné pro lidské pracovníky.
• Standardizace a certifikace: Probíhají snahy o vývoj komplexnějších norem a certifikačních programů pro bezpečnost HRI. To pomůže zajistit, že robotické systémy budou bezpečné a spolehlivé.
• Digitální dvojčata: Vytváření digitálních dvojčat pracovního prostoru umožňuje virtuální simulaci interakcí robotů, což umožňuje komplexní testování bezpečnosti a optimalizaci před fyzickým nasazením.

Globální příklady implementace bezpečnosti HRI

Automobilový průmysl (Německo): Společnosti jako BMW a Volkswagen používají kolaborativní roboty pro montážní úkoly, přičemž implementují pokročilé senzorové technologie a bezpečnostní systémy s AI, aby zajistily bezpečnost pracovníků. Dodržují přísné německé a evropské bezpečnostní předpisy.

Výroba elektroniky (Japonsko): Fanuc a Yaskawa, přední robotické společnosti, se zaměřují na vývoj robotů s integrovanými bezpečnostními prvky, jako jsou koncové efektory omezující sílu a pokročilé vizuální systémy, aby umožnily bezpečnou spolupráci na montážních linkách elektroniky. Silný důraz Japonska na kvalitu a přesnost vyžaduje vysoké bezpečnostní standardy.

Logistika a skladování (Spojené státy): Amazon a další velké logistické společnosti nasazují AGV a autonomní mobilní roboty (AMR) ve svých skladech, přičemž využívají pokročilé navigační systémy a senzory přiblížení, aby předešly kolizím a zajistily bezpečnost pracovníků. Investují také do školicích programů pro pracovníky, aby podpořily bezpečnou interakci s roboty.

Zpracování potravin (Dánsko): Společnosti v Dánsku používají kolaborativní roboty pro úkoly, jako je balení a kontrola kvality, a implementují přísné hygienické protokoly a bezpečnostní opatření, aby zabránily kontaminaci a zajistily bezpečnost pracovníků. Důraz Dánska na udržitelnost a pohodu pracovníků vede k vysokým bezpečnostním standardům.

Letecký průmysl (Francie): Airbus a další letecké společnosti používají roboty pro úkoly, jako je vrtání a lakování, a implementují pokročilé bezpečnostní systémy a monitorovací technologie, aby předešly nehodám a zajistily bezpečnost pracovníků. Přísné požadavky leteckého průmyslu vyžadují komplexní bezpečnostní opatření.

Závěr

Zajištění bezpečnosti v interakci člověka s robotem není pouze technickou výzvou, ale mnohostranným úsilím, které vyžaduje holistický přístup. Od dodržování mezinárodních norem a provádění důkladných hodnocení rizik až po navrhování s ohledem na bezpečnost, poskytování komplexního školení a přijímání technologických pokroků, každý aspekt hraje zásadní roli při vytváření bezpečného a produktivního kolaborativního prostředí. Jak se roboti stále více integrují do globální pracovní síly, upřednostňování bezpečnosti bude prvořadé pro posilování důvěry, zvyšování produktivity a utváření budoucnosti, kde lidé a roboti mohou harmonicky spolupracovat.

Přijetím těchto principů a podporou kultury bezpečnosti mohou organizace po celém světě plně využít potenciál HRI a zároveň chránit blahobyt své pracovní síly. Tento proaktivní přístup nejenže zmírňuje rizika, ale také buduje základ pro udržitelný růst a inovace v éře kolaborativní robotiky.