Inimese ja roboti interaktsioon: ohutuse tagamine koostöömaailmas

Töömaastik areneb kiiresti ning robotid integreeritakse üha enam erinevatesse tööstusharudesse. See integratsioon, mida tuntakse inimese ja roboti interaktsioonina (HRI), pakub nii tohutuid võimalusi kui ka potentsiaalseid väljakutseid, eriti ohutuse osas. Kuna robotid töötavad inimeste kõrval, on ülioluline kehtestada ranged ohutusprotokollid riskide maandamiseks ning turvalise ja produktiivse töökeskkonna tagamiseks kogu maailmas.

Mis on inimese ja roboti interaktsioon (HRI)?

Inimese ja roboti interaktsioon (HRI) viitab inimeste ja robotite vahelise suhtluse uurimisele ja disainimisele. See hõlmab mitmesuguseid aspekte, sealhulgas nende interaktsioonide füüsilist, kognitiivset ja sotsiaalset dünaamikat. Erinevalt traditsioonilistest tööstusrobotitest, mis töötavad eraldatud puurides, on koostöörobotid (kobotid) loodud tihedaks koostööks inimestega jagatud tööruumides. See koostöökeskkond nõuab terviklikku lähenemist ohutusele.

Ohutusprotokollide tähtsus HRI-s

Ohutusprotokollid HRI-s on ülimalt olulised mitmel põhjusel:

Vigastuste ennetamine: Peamine eesmärk on ennetada inimtöötajate vigastusi. Robotid, eriti tööstusrobotid, võivad rakendada märkimisväärset jõudu ja liikuda suurel kiirusel, kujutades endast löögi-, muljumis- ja muid ohte.
Tootlikkuse suurendamine: Turvaline töökeskkond soodustab töötajate usaldust ja enesekindlust, mis viib suurema tootlikkuse ja tõhususeni. Kui töötajad tunnevad end turvaliselt, on nad koostöörobootika omaksvõtmisel altimad.
Regulatiivse vastavuse tagamine: Paljudes riikides on tööstusrobotite kasutamist reguleerivad eeskirjad ja standardid. Nende standardite järgimine on seadusliku vastavuse tagamiseks ja trahvide vältimiseks hädavajalik.
Eetilised kaalutlused: Lisaks juriidilistele ja praktilistele kaalutlustele on olemas eetiline kohustus kaitsta inimtöötajaid kahju eest. Robootika vastutustundlik rakendamine eeldab ohutuse seadmist esikohale.

Peamised ohutusstandardid ja -eeskirjad

Mitmed rahvusvahelised standardid ja eeskirjad pakuvad juhiseid HRI ohutuse tagamiseks. Mõned kõige olulisemad on järgmised:

ISO 10218: See standard määratleb tööstusrobotite ja robotisüsteemide ohutusnõuded. See käsitleb mitmesuguseid ohte, sealhulgas muljumist, lõikamist, lööki ja takerdumist. ISO 10218-1 keskendub roboti disainile, samas kui ISO 10218-2 keskendub robotisüsteemi integreerimisele.
ISO/TS 15066: See tehniline spetsifikatsioon sätestab koostöörobotite ohutusnõuded. See tugineb standardile ISO 10218 ja käsitleb ainulaadseid väljakutseid, mis on seotud robotite kõrval töötamisega jagatud tööruumides. See defineerib neli koostöötehnikat: ohutusreitinguga jälgitav seiskamine, käsitsi juhtimine, kiiruse ja eraldatuse jälgimine ning võimsuse ja jõu piiramine.
ANSI/RIA R15.06: See Ameerika riiklik standard sätestab tööstusrobotite ja robotisüsteemide ohutusnõuded. See sarnaneb standardiga ISO 10218 ja on laialdaselt kasutusel Põhja-Ameerikas.
Euroopa masinadirektiiv 2006/42/EÜ: See direktiiv sätestab olulised tervise- ja ohutusnõuded masinatele, sealhulgas tööstusrobotitele, mida müüakse Euroopa Liidus.

Need standardid pakuvad raamistikku riskide hindamiseks, ohutusmeetmete rakendamiseks ja tagamiseks, et robotid töötaksid koostöökeskkonnas ohutult. On ülioluline, et roboteid kasutavad ettevõtted oleksid teadlikud oma piirkonnas kehtivatest eeskirjadest ja järgiksid neid.

Riskianalüüs HRI-s

Põhjalik riskianalüüs on HRI ohutuse tagamisel fundamentaalne samm. Riskianalüüsi protsess hõlmab potentsiaalsete ohtude tuvastamist, kahju tõenäosuse ja raskusastme hindamist ning riskide maandamiseks kontrollimeetmete rakendamist. Riskianalüüsi protsessi peamised sammud on järgmised:

Ohu tuvastamine: Tuvastage kõik robotisüsteemiga seotud potentsiaalsed ohud, sealhulgas mehaanilised ohud (nt muljumine, lõikamine, löök), elektrilised ohud ja ergonoomilised ohud.
Riski analüüs: Hinnake iga ohu tõenäosust ja raskusastet. See hõlmab selliste tegurite arvessevõtmist nagu roboti kiirus, jõud ja liikumisulatus ning iniminteraktsiooni sagedus ja kestus.
Riski hindamine: Tehke kindlaks, kas riskid on vastuvõetavad või vajavad täiendavat maandamist. See hõlmab riskide võrdlemist kehtestatud riski aktsepteerimise kriteeriumidega.
Riski kontroll: Rakendage kontrollimeetmeid riskide vähendamiseks vastuvõetavale tasemele. Need meetmed võivad hõlmata tehnilisi kontrolle (nt ohutusseadmed, kaitsepiirded), administratiivseid kontrolle (nt koolitus, protseduurid) ja isikukaitsevahendeid (IKV).
Verifitseerimine ja valideerimine: Veenduge, et kontrollimeetmed on riskide vähendamisel tõhusad, ja valideerige, et robotisüsteem töötab ohutult vastavalt kavatsusele.
Dokumentatsioon: Dokumenteerige kogu riskianalüüsi protsess, sealhulgas tuvastatud ohud, riskianalüüs, riski hindamine ja rakendatud kontrollimeetmed.

Näide: Pakendamisrakenduses kasutatava koboti riskianalüüs võib tuvastada ohu, et töötaja käsi jääb roboti käe ja konveierilindi vahele. Riskianalüüs võtaks arvesse roboti käe kiirust ja jõudu, töötaja lähedust robotile ja ülesande sagedust. Kontrollimeetmed võivad hõlmata roboti kiiruse vähendamist, ohutusvalguskardina paigaldamist roboti peatamiseks, kui töötaja siseneb ohutsooni, ja töötajatele kinnaste pakkumist käte kaitsmiseks. Pidev riskianalüüsi jälgimine ja ülevaatamine on oluline, et kohaneda muutuste ja uute potentsiaalsete ohtudega.

Ohutuse kavandamine HRI-s

Ohutus peaks olema robotisüsteemide disainiprotsessi vältel esmane kaalutlus. Mitmed disainipõhimõtted võivad HRI ohutust parandada:

Ohutusreitinguga jälgitav seiskamine: See tehnika võimaldab robotil jätkata tööd seni, kuni inimene on tuvastatud koostöö tööruumis, kuid peatab roboti, kui inimene liiga lähedale satub.
Käsitsi juhtimine: See võimaldab operaatoril füüsiliselt juhtida roboti liikumist uute ülesannete õpetamiseks või manuaalset osavust nõudvate ülesannete täitmiseks. Robot liigub ainult siis, kui operaator hoiab õpetuspulti või juhib roboti kätt.
Kiiruse ja eraldatuse jälgimine: See tehnika jälgib pidevalt roboti ja inimtöötaja vahelist kaugust ning reguleerib vastavalt roboti kiirust. Kui töötaja satub liiga lähedale, aeglustab robot kiirust või peatub täielikult.
Võimsuse ja jõu piiramine: See disain piirab roboti võimsust ja jõudu, et vältida vigastusi kokkupõrkel inimtöötajaga. Seda saab saavutada jõuandurite, pöördemomendi andurite ja elastsete materjalide abil.
Ergonoomiline disain: Kujundage robotisüsteem nii, et see minimeeriks ergonoomilisi ohte, nagu korduvad liigutused, ebamugavad asendid ja liigne jõud. See aitab vältida luu- ja lihaskonna vaevusi ning parandada töötaja mugavust.
Inimese ja masina liides (HMI): HMI peaks olema intuitiivne ja lihtne kasutada, pakkudes selget ja lühikest teavet roboti oleku ja võimalike ohtude kohta. See peaks samuti võimaldama töötajatel robotit hõlpsalt kontrollida ja häiretele reageerida.
Ohutusseadmed: Kasutage täiendavate kaitsekihtide pakkumiseks ohutusseadmeid, nagu valguskardinad, laserskannerid, rõhutundlikud matid ja hädaseiskamisnupud.
Kaitsepiirded: Kasutage füüsilisi tõkkeid, et takistada töötajatel sisenemast roboti tööruumi. See on eriti oluline kõrge riskiga rakenduste puhul, kus robot kujutab endast olulist ohtu.

Näide: Elektroonikakomponentide kokkupanekuks mõeldud kobot võib oma lõpphaaratsisse integreerida jõuandurid, et piirata jõudu, mida see komponentidele rakendada saab. See hoiab ära komponentide kahjustumise ja vähendab töötaja vigastuste ohtu. Roboti HMI võiks kuvada rakendatavat jõudu, võimaldades töötajal protsessi jälgida ja vajadusel sekkuda.

Koolitus ja haridus

Nõuetekohane koolitus ja haridus on olulised tagamaks, et töötajad mõistaksid HRI-ga seotud riske ja oskaksid robotisüsteeme ohutult kasutada. Koolitusprogrammid peaksid hõlmama selliseid teemasid nagu:

Roboti ohutuse põhimõtted ja eeskirjad.
Riskianalüüsi protseduurid.
Konkreetse robotisüsteemi ohutud tööprotseduurid.
Hädaseiskamisprotseduurid.
Ohutusseadmete ja isikukaitsevahendite nõuetekohane kasutamine.
Tõrkeotsingu ja hoolduse protseduurid.
Õnnetustest ja peaaegu-õnnetustest teatamise protseduurid.

Koolitust tuleks pakkuda kõigile töötajatele, kes robotisüsteemiga suhtlevad, sealhulgas operaatoritele, programmeerijatele, hoolduspersonalile ja järelevaatajatele. Täiendkoolitust tuleks pakkuda regulaarselt, et tagada töötajate kursisolek uusimate ohutuspraktikatega.

Näide: Tootmisettevõte, mis kasutab keevitusrakendustes koboteid, peaks pakkuma oma keevitusoperaatoritele põhjalikku koolitust. Koolitus peaks hõlmama selliseid teemasid nagu roboti ohutuse põhimõtted, riskianalüüsi protseduurid, ohutud keevitustavad ja keevituse isikukaitsevahendite nõuetekohane kasutamine. Koolitus peaks sisaldama ka praktilist harjutamist kobotiga kvalifitseeritud instruktori järelevalve all.

Järelevalve ja hooldus

Regulaarne järelevalve ja hooldus on üliolulised tagamaks, et robotisüsteemid jätkaksid aja jooksul ohutut töötamist. Järelevalvetegevused peaksid hõlmama:

Robotisüsteemi regulaarsed kontrollid kulumise, kahjustuste või talitlushäirete märkide tuvastamiseks.
Ohutusseadmete jälgimine, et tagada nende nõuetekohane toimimine.
Ohutusprotseduuride regulaarsed auditid, et tagada nende järgimine.
Õnnetuste ja peaaegu-õnnetuste andmete analüüs suundumuste ja parendusvaldkondade tuvastamiseks.

Hooldustegevused peaksid hõlmama:

Robotisüsteemi regulaarne määrimine ja puhastamine.
Kulunud või kahjustatud osade asendamine.
Andurite ja ajamite kalibreerimine.
Tarkvara ja püsivara uuendamine.
Ohutusfunktsioonide verifitseerimine ja valideerimine pärast hooldustegevusi.

Hooldust peaksid teostama kvalifitseeritud töötajad, kes on saanud koolitust konkreetse robotisüsteemi kohta. Kõik hooldustegevused tuleks dokumenteerida ja jälgida.

Näide: Logistikaettevõte, mis kasutab oma laos automaatjuhtimisega sõidukeid (AGV-sid), peaks läbi viima AGV-de regulaarseid kontrolle, et tagada nende andurite, pidurite ja ohutusseadmete nõuetekohane toimimine. Ettevõte peaks samuti jälgima AGV-de navigatsiooniteid, et tuvastada võimalikke ohte, näiteks takistusi või muudatusi lao paigutuses.

Tehnoloogia roll HRI ohutuse suurendamisel

Täiustatud tehnoloogiad mängivad HRI ohutuse suurendamisel üha olulisemat rolli:

Nägemissüsteemid: Nägemissüsteeme saab kasutada inimese kohaloleku tuvastamiseks roboti tööruumis ja inimeste liikumise jälgimiseks. Seda teavet saab kasutada roboti kiiruse ja trajektoori reguleerimiseks või roboti täielikuks peatamiseks, kui kokkupõrge on vältimatu.
Jõuandurid: Jõuandureid saab kasutada roboti rakendatava jõu mõõtmiseks ja jõu piiramiseks ohutule tasemele. See aitab vältida vigastusi kokkupõrkel inimtöötajaga.
Lähedusandurid: Lähedusandureid saab kasutada inimtöötaja olemasolu tuvastamiseks roboti läheduses ja roboti aeglustamiseks või peatamiseks enne kokkupõrget.
Tehisintellekt (AI): Tehisintellekti saab kasutada roboti keskkonnatunnetuse parandamiseks ja inimeste liikumise ennustamiseks. See võimaldab robotil potentsiaalsetele ohtudele kiiremini ja tõhusamalt reageerida.
Virtuaalreaalsus (VR) ja liitreaalsus (AR): VR-i ja AR-i saab kasutada töötajate koolitamiseks ohutute tööprotseduuride osas ja potentsiaalsete ohtude simuleerimiseks. See aitab töötajatel arendada robotitega ohutuks töötamiseks vajalikke oskusi ja teadmisi.
Traadita side: Traadita sidetehnoloogiad võimaldavad roboti jõudluse ja keskkonna reaalajas jälgimist. See hõlbustab kaugjuhtimist, diagnostikat ja ohutussekkumisi.

Näide: Autotootja, kes kasutab värvimisrakendustes roboteid, võiks integreerida nägemissüsteemi, et tuvastada, millal töötaja siseneb värvimiskabiini. Nägemissüsteem võiks roboti automaatselt välja lülitada, et vältida töötaja kokkupuudet kahjulike värviaurudega. Lisaks võiksid töötaja kantavad andurid jälgida nende lähedust robotile ja hoiatada neid potentsiaalsete ohtude eest haptilise tagasiside kaudu.

Eetiliste kaalutluste käsitlemine HRI ohutuses

Lisaks tehnilistele ja regulatiivsetele aspektidele on HRI ohutuses olulised ka eetilised kaalutlused. Need hõlmavad:

Läbipaistvus ja seletatavus: Robotisüsteemid peaksid olema kavandatud läbipaistvaks ja seletatavaks, et töötajad saaksid aru, kuidas need töötavad ja kuidas nad otsuseid teevad. See aitab luua usaldust ja enesekindlust robotisüsteemi vastu.
Vastutus: On oluline kehtestada selged vastutusliinid robotisüsteemide ohutuse osas. See hõlmab selle kindlaksmääramist, kes vastutab robotisüsteemi kavandamise, kasutuselevõtu ja hooldamise eest, ning kes vastutab õnnetustele ja peaaegu-õnnetustele reageerimise eest.
Õiglus ja võrdsus: Robotisüsteemid peaksid olema kavandatud ja kasutusele võetud viisil, mis on kõigi töötajate suhtes õiglane ja võrdne. See tähendab tagamist, et kõigil töötajatel oleks juurdepääs koolitusele ja ressurssidele, mida nad vajavad robotitega ohutuks töötamiseks, ning et ükski töötaja ei puutuks ebaproportsionaalselt kokku riskidega.
Töökohtade kadumine: Potentsiaalne töökohtade kadumine on oluline eetiline mure, mis on seotud robotite kasutuselevõtuga. Ettevõtted peaksid kaaluma robotiseerimise mõju oma tööjõule ja võtma meetmeid negatiivsete tagajärgede leevendamiseks, näiteks pakkudes ümberõppevõimalusi ümberasustatud töötajatele.
Andmete privaatsus ja turvalisus: Robotisüsteemid koguvad ja töötlevad sageli suuri andmehulki inimtöötajate kohta. On oluline kaitsta nende andmete privaatsust ja turvalisust ning tagada, et neid ei kasutataks diskrimineerival või kahjulikul viisil.

Näide: Jaemüügiettevõte, mis kasutab laohalduseks roboteid, peaks olema oma töötajatega läbipaistev selles osas, kuidas robotid töötavad ja kuidas neid kasutatakse. Ettevõte peaks samuti kehtestama selged vastutusliinid robotite ohutuse osas ja võtma meetmeid robotite kogutud andmete privaatsuse ja turvalisuse kaitsmiseks.

Tulevikutrendid HRI ohutuses

HRI valdkond areneb pidevalt ja esile kerkivad uued suundumused, mis kujundavad HRI ohutuse tulevikku:

Täiustatud anduritehnoloogiad: Uued anduritehnoloogiad, nagu 3D-kaamerad, lidar ja radar, pakuvad robotitele üksikasjalikumat ja täpsemat arusaama oma keskkonnast. See võimaldab robotitel potentsiaalsetele ohtudele kiiremini ja tõhusamalt reageerida.
Tehisintellektil põhinevad ohutussüsteemid: Tehisintellekti kasutatakse keerukamate ohutussüsteemide arendamiseks, mis suudavad õnnetusi ennustada ja ennetada. Need süsteemid saavad õppida varasematest intsidentidest ja kohaneda muutuvate tingimustega.
Koostöörobotid teenusena (Cobots-as-a-Service): Koostöörobotid teenusena mudelid muudavad koostöörobotid kättesaadavamaks väikestele ja keskmise suurusega ettevõtetele (VKEdele). See soodustab koostöörobootika laiemat kasutuselevõttu erinevates tööstusharudes.
Inimkeskne disain: HRI-s on üha suurem rõhk inimkesksel disainil. See tähendab robotisüsteemide kavandamist, mis on intuitiivsed, lihtsad kasutada ja inimtöötajatele ohutud.
Standardimine ja sertifitseerimine: Käimas on jõupingutused HRI ohutuse jaoks põhjalikumate standardite ja sertifitseerimisprogrammide väljatöötamiseks. See aitab tagada, et robotisüsteemid on ohutud ja usaldusväärsed.
Digitaalsed kaksikud: Tööruumi digitaalsete kaksikute loomine võimaldab roboti interaktsioonide virtuaalset simulatsiooni, mis võimaldab põhjalikku ohutustestimist ja optimeerimist enne füüsilist kasutuselevõttu.

HRI ohutusrakenduste globaalsed näited

Autotööstus (Saksamaa): Ettevõtted nagu BMW ja Volkswagen kasutavad koostööroboteid montaažiülesanneteks, rakendades täiustatud anduritehnoloogiaid ja tehisintellektil põhinevaid ohutussüsteeme töötajate ohutuse tagamiseks. Nad järgivad rangeid Saksa ja Euroopa ohutuseeskirju.

Elektroonikatootmine (Jaapan): Juhtivad robootikaettevõtted Fanuc ja Yaskawa keskenduvad integreeritud ohutusfunktsioonidega robotite arendamisele, nagu jõudu piiravad lõpphaaratsid ja täiustatud nägemissüsteemid, et võimaldada ohutut koostööd elektroonika montaažiliinidel. Jaapani tugev rõhuasetus kvaliteedile ja täpsusele nõuab kõrgeid ohutusstandardeid.

Logistika ja laondus (Ameerika Ühendriigid): Amazon ja teised suured logistikaettevõtted kasutavad oma ladudes automaatjuhtimisega sõidukeid (AGV) ja autonoomseid mobiilseid roboteid (AMR), kasutades kokkupõrgete vältimiseks ja töötajate ohutuse tagamiseks täiustatud navigatsioonisüsteeme ja lähedusandureid. Samuti investeerivad nad töötajate koolitusprogrammidesse, et edendada ohutut suhtlemist robotitega.

Toiduainetööstus (Taani): Taani ettevõtted kasutavad koostööroboteid ülesanneteks nagu pakendamine ja kvaliteedikontroll, rakendades rangeid hügieeniprotokolle ja ohutusmeetmeid saastumise vältimiseks ja töötajate ohutuse tagamiseks. Taani keskendumine jätkusuutlikkusele ja töötajate heaolule seab kõrged ohutusstandardid.

Lennundus- ja kosmosetööstus (Prantsusmaa): Airbus ja teised lennundus- ja kosmosetööstuse ettevõtted kasutavad roboteid ülesanneteks nagu puurimine ja värvimine, rakendades õnnetuste vältimiseks ja töötajate ohutuse tagamiseks täiustatud ohutussüsteeme ja jälgimistehnoloogiaid. Lennundus- ja kosmosetööstuse ranged nõuded eeldavad terviklikke ohutusmeetmeid.

Kokkuvõte

Inimese ja roboti interaktsiooni ohutuse tagamine ei ole pelgalt tehniline väljakutse, vaid mitmetahuline ettevõtmine, mis nõuab terviklikku lähenemist. Alates rahvusvaheliste standardite järgimisest ja põhjalike riskianalüüside teostamisest kuni ohutuse kavandamise, põhjaliku koolituse pakkumise ja tehnoloogiliste edusammude omaksvõtmiseni mängib iga aspekt olulist rolli turvalise ja produktiivse koostöökeskkonna loomisel. Kuna robotid integreeritakse üha enam ülemaailmsesse tööjõudu, on ohutuse esikohale seadmine ülimalt oluline usalduse edendamiseks, tootlikkuse suurendamiseks ja tuleviku kujundamiseks, kus inimesed ja robotid saavad harmooniliselt koos töötada.

Nende põhimõtete omaksvõtmise ja ohutuskultuuri edendamisega saavad organisatsioonid üle maailma avada HRI täieliku potentsiaali, kaitstes samal ajal oma tööjõu heaolu. See proaktiivne lähenemine mitte ainult ei maanda riske, vaid loob ka aluse jätkusuutlikule kasvule ja innovatsioonile koostöörobootika ajastul.