Interakcija čovjeka i robota: Osiguravanje sigurnosti u kolaborativnom svijetu

Radno okruženje se brzo razvija, a roboti postaju sve integriraniji u različite industrije. Ta integracija, poznata kao interakcija čovjeka i robota (HRI), predstavlja goleme prilike, ali i potencijalne izazove, osobito u pogledu sigurnosti. Kako roboti rade rame uz rame s ljudima, ključno je uspostaviti robusne sigurnosne protokole kako bi se ublažili rizici i osiguralo sigurno i produktivno radno okruženje na globalnoj razini.

Što je interakcija čovjeka i robota (HRI)?

Interakcija čovjeka i robota (HRI) odnosi se na proučavanje i dizajniranje interakcija između ljudi i robota. Obuhvaća različite aspekte, uključujući fizičku, kognitivnu i socijalnu dinamiku tih interakcija. Za razliku od tradicionalnih industrijskih robota koji rade u izoliranim kavezima, kolaborativni roboti (koboti) dizajnirani su za blisku suradnju s ljudima u zajedničkim radnim prostorima. Takvo kolaborativno okruženje zahtijeva sveobuhvatan pristup sigurnosti.

Važnost sigurnosnih protokola u HRI

Sigurnosni protokoli u HRI su od presudne važnosti iz nekoliko razloga:

• Sprječavanje ozljeda: Primarni cilj je spriječiti ozljede ljudskih radnika. Roboti, osobito industrijski, mogu primijeniti značajnu silu i kretati se velikim brzinama, predstavljajući rizik od udarnih ozljeda, prignječenja i drugih opasnosti.
• Povećanje produktivnosti: Sigurno radno okruženje potiče povjerenje i samopouzdanje među radnicima, što dovodi do povećane produktivnosti i učinkovitosti. Kada se radnici osjećaju sigurno, vjerojatnije je da će prihvatiti kolaborativnu robotiku.
• Osiguravanje regulatorne usklađenosti: Mnoge zemlje imaju propise i standarde koji reguliraju uporabu industrijskih robota. Pridržavanje ovih standarda ključno je za zakonsku usklađenost i izbjegavanje kazni.
• Etička razmatranja: Osim pravnih i praktičnih razmatranja, postoji etička obveza zaštite ljudskih radnika od štete. Odgovorna implementacija robotike zahtijeva davanje prioriteta sigurnosti iznad svega.

Ključni sigurnosni standardi i propisi

Nekoliko međunarodnih standarda i propisa pruža smjernice za osiguravanje sigurnosti u HRI. Neki od najvažnijih uključuju:

• ISO 10218: Ovaj standard specificira sigurnosne zahtjeve za industrijske robote i robotske sustave. Bavi se različitim opasnostima, uključujući prignječenje, smicanje, udar i zaplitanje. ISO 10218-1 fokusira se na dizajn robota, dok se ISO 10218-2 fokusira na integraciju robotskih sustava.
• ISO/TS 15066: Ova tehnička specifikacija pruža sigurnosne zahtjeve za kolaborativne robote. Nadograđuje se na ISO 10218 i bavi se jedinstvenim izazovima rada uz robote u zajedničkim radnim prostorima. Definira četiri kolaborativne tehnike: nadzirano zaustavljanje sa sigurnosnom ocjenom, ručno vođenje, nadzor brzine i odvajanja te ograničavanje snage i sile.
• ANSI/RIA R15.06: Ovaj američki nacionalni standard pruža sigurnosne zahtjeve za industrijske robote i robotske sustave. Sličan je standardu ISO 10218 i široko se koristi u Sjevernoj Americi.
• Europska Direktiva o strojevima 2006/42/EZ: Ova direktiva utvrđuje bitne zdravstvene i sigurnosne zahtjeve za strojeve, uključujući industrijske robote, koji se prodaju u Europskoj uniji.

Ovi standardi pružaju okvir za procjenu rizika, implementaciju sigurnosnih mjera i osiguravanje sigurnog rada robota u kolaborativnom okruženju. Ključno je da tvrtke koje koriste robote budu svjesne i usklađene s propisima relevantnim za njihovu regiju.

Procjena rizika u HRI

Temeljita procjena rizika temeljni je korak u osiguravanju sigurnosti u HRI. Proces procjene rizika uključuje identificiranje potencijalnih opasnosti, procjenu vjerojatnosti i ozbiljnosti štete te implementaciju kontrolnih mjera za ublažavanje rizika. Ključni koraci u procesu procjene rizika uključuju:

1. Identifikacija opasnosti: Identificirajte sve potencijalne opasnosti povezane s robotskim sustavom, uključujući mehaničke opasnosti (npr. prignječenje, smicanje, udar), električne opasnosti i ergonomske opasnosti.
2. Analiza rizika: Procijenite vjerojatnost i ozbiljnost svake opasnosti. To uključuje razmatranje čimbenika kao što su brzina, sila i doseg robota, kao i učestalost i trajanje ljudske interakcije.
3. Vrednovanje rizika: Odredite jesu li rizici prihvatljivi ili zahtijevaju daljnje ublažavanje. To uključuje usporedbu rizika s utvrđenim kriterijima prihvaćanja rizika.
4. Kontrola rizika: Implementirajte kontrolne mjere za smanjenje rizika na prihvatljivu razinu. Te mjere mogu uključivati inženjerske kontrole (npr. sigurnosni uređaji, ograde), administrativne kontrole (npr. obuka, procedure) i osobnu zaštitnu opremu (OZO).
5. Verifikacija i validacija: Provjerite jesu li kontrolne mjere učinkovite u smanjenju rizika i potvrdite da robotski sustav radi sigurno kako je predviđeno.
6. Dokumentacija: Dokumentirajte cijeli proces procjene rizika, uključujući identificirane opasnosti, analizu rizika, vrednovanje rizika i implementirane kontrolne mjere.

Primjer: Procjena rizika za kobota koji se koristi u primjeni pakiranja mogla bi identificirati opasnost od prignječenja radnikove ruke između ruke robota i transportne trake. Analiza rizika uzela bi u obzir brzinu i snagu ruke robota, blizinu radnika robotu i učestalost zadatka. Kontrolne mjere mogle bi uključivati smanjenje brzine robota, postavljanje sigurnosne svjetlosne zavjese koja zaustavlja robota ako radnik uđe u opasnu zonu te pružanje radnicima rukavica za zaštitu ruku. Kontinuirano praćenje i revizija procjene rizika važni su za prilagodbu promjenama i novim potencijalnim opasnostima.

Dizajniranje za sigurnost u HRI

Sigurnost bi trebala biti primarno razmatranje tijekom cijelog procesa dizajniranja robotskih sustava. Nekoliko principa dizajna može poboljšati sigurnost u HRI:

• Nadzirano zaustavljanje sa sigurnosnom ocjenom: Ova tehnika omogućuje robotu da nastavi raditi sve dok se osoba detektira unutar kolaborativnog radnog prostora, ali zaustavlja robota ako se osoba previše približi.
• Ručno vođenje: Ovo omogućuje operateru da fizički vodi pokrete robota za učenje novih zadataka ili za obavljanje zadataka koji zahtijevaju ručnu spretnost. Robot se kreće samo kada operater drži upravljačku jedinicu ili vodi ruku robota.
• Nadzor brzine i odvajanja: Ova tehnika kontinuirano nadzire udaljenost između robota i ljudskog radnika te prilagođava brzinu robota u skladu s tim. Ako se radnik previše približi, robot usporava ili se potpuno zaustavlja.
• Ograničavanje snage i sile: Ovaj dizajn ograničava snagu i silu robota kako bi se spriječile ozljede u slučaju sudara s ljudskim radnikom. To se može postići senzorima sile, senzorima momenta i popustljivim materijalima.
• Ergonomski dizajn: Dizajnirajte robotski sustav tako da se minimiziraju ergonomske opasnosti, poput ponavljajućih pokreta, nezgodnih položaja i prekomjerne sile. To može pomoći u sprječavanju mišićno-koštanih poremećaja i poboljšanju udobnosti radnika.
• Sučelje čovjek-stroj (HMI): HMI bi trebao biti intuitivan i jednostavan za korištenje, pružajući jasne i sažete informacije o statusu robota i svim potencijalnim opasnostima. Također bi trebao omogućiti radnicima da lako kontroliraju robota i reagiraju na alarme.
• Sigurnosni uređaji: Ugradite sigurnosne uređaje kao što su svjetlosne zavjese, laserski skeneri, podloge osjetljive na pritisak i tipke za zaustavljanje u nuždi kako biste osigurali dodatne slojeve zaštite.
• Zaštitne ograde: Koristite fizičke barijere kako biste spriječili radnike da uđu u radni prostor robota. Ovo je posebno važno za primjene visokog rizika gdje robot predstavlja značajnu opasnost.

Primjer: Kobot dizajniran za sastavljanje elektroničkih komponenti mogao bi imati senzore sile u svom krajnjem efektoru kako bi ograničio silu koju može primijeniti na komponente. To sprječava oštećenje komponenti i smanjuje rizik od ozljede radnika. HMI robota mogao bi prikazivati primijenjenu silu, omogućujući radniku da nadzire proces i intervenira ako je potrebno.

Obuka i edukacija

Pravilna obuka i edukacija ključni su za osiguravanje da radnici razumiju rizike povezane s HRI i kako sigurno upravljati robotskim sustavima. Programi obuke trebali bi pokrivati teme kao što su:

• Principi sigurnosti robota i propisi.
• Postupci procjene rizika.
• Sigurni operativni postupci za specifični robotski sustav.
• Postupci za zaustavljanje u nuždi.
• Pravilna uporaba sigurnosnih uređaja i osobne zaštitne opreme (OZO).
• Postupci za rješavanje problema i održavanje.
• Postupci prijavljivanja nesreća i incidenata koji su zamalo doveli do nesreće.

Obuka bi se trebala pružiti svim radnicima koji će biti u interakciji s robotskim sustavom, uključujući operatere, programere, osoblje za održavanje i nadzornike. Periodična obuka trebala bi se redovito provoditi kako bi se osiguralo da radnici ostanu upoznati s najnovijim sigurnosnim praksama.

Primjer: Proizvodna tvrtka koja koristi kobote za zavarivanje trebala bi pružiti sveobuhvatnu obuku svojim operaterima zavarivanja. Obuka bi trebala pokrivati teme kao što su principi sigurnosti robota, postupci procjene rizika, sigurne prakse zavarivanja i pravilna uporaba osobne zaštitne opreme za zavarivanje. Obuka bi također trebala uključivati praktičnu vježbu s kobotom pod nadzorom kvalificiranog instruktora.

Nadzor i održavanje

Redoviti nadzor i održavanje ključni su za osiguravanje da robotski sustavi nastave sigurno raditi tijekom vremena. Aktivnosti nadzora trebale bi uključivati:

• Redovite inspekcije robotskog sustava radi identificiranja znakova trošenja, oštećenja ili kvara.
• Nadzor sigurnosnih uređaja kako bi se osiguralo njihovo ispravno funkcioniranje.
• Redovite revizije sigurnosnih postupaka kako bi se osiguralo njihovo poštivanje.
• Analiza podataka o nesrećama i incidentima koji su zamalo doveli do nesreće radi identificiranja trendova i područja za poboljšanje.

Aktivnosti održavanja trebale bi uključivati:

• Redovito podmazivanje i čišćenje robotskog sustava.
• Zamjena istrošenih ili oštećenih dijelova.
• Kalibracija senzora i aktuatora.
• Ažuriranje softvera i firmvera.
• Verifikacija i validacija sigurnosnih funkcija nakon aktivnosti održavanja.

Održavanje bi trebalo obavljati kvalificirano osoblje koje je obučeno za specifični robotski sustav. Sve aktivnosti održavanja trebale bi biti dokumentirane i praćene.

Primjer: Logistička tvrtka koja koristi automatizirana vođena vozila (AGV) u svom skladištu trebala bi provoditi redovite inspekcije AGV-ova kako bi osigurala ispravno funkcioniranje njihovih senzora, kočnica i sigurnosnih uređaja. Tvrtka bi također trebala nadzirati navigacijske putanje AGV-ova kako bi identificirala potencijalne opasnosti, poput prepreka ili promjena u rasporedu skladišta.

Uloga tehnologije u poboljšanju sigurnosti HRI

Napredne tehnologije igraju sve važniju ulogu u poboljšanju sigurnosti u HRI:

• Sustavi za vid: Sustavi za vid mogu se koristiti za detekciju prisutnosti čovjeka u radnom prostoru robota i za praćenje ljudskih pokreta. Ove informacije mogu se koristiti za prilagodbu brzine i putanje robota ili za potpuno zaustavljanje robota ako je sudar neizbježan.
• Senzori sile: Senzori sile mogu se koristiti za mjerenje sile koju robot primjenjuje i za ograničavanje sile na sigurnu razinu. To može spriječiti ozljede u slučaju sudara s ljudskim radnikom.
• Senzori blizine: Senzori blizine mogu se koristiti za detekciju prisutnosti ljudskog radnika u blizini robota i za usporavanje ili zaustavljanje robota prije nego što dođe do sudara.
• Umjetna inteligencija (AI): AI se može koristiti za poboljšanje percepcije robota o svom okruženju i za predviđanje ljudskih pokreta. To može omogućiti robotu da brže i učinkovitije reagira na potencijalne opasnosti.
• Virtualna stvarnost (VR) i proširena stvarnost (AR): VR i AR mogu se koristiti za obuku radnika o sigurnim operativnim postupcima i za simulaciju potencijalnih opasnosti. To može pomoći radnicima da razviju vještine i znanja potrebna za siguran rad s robotima.
• Bežična komunikacija: Tehnologije bežične komunikacije omogućuju praćenje performansi i okruženja robota u stvarnom vremenu. To može olakšati daljinsko upravljanje, dijagnostiku i sigurnosne intervencije.

Primjer: Proizvođač automobila koji koristi robote za lakiranje mogao bi ugraditi sustav za vid kako bi detektirao kada radnik uđe u komoru za lakiranje. Sustav za vid mogao bi automatski isključiti robota kako bi spriječio izlaganje radnika štetnim parama boje. Dodatno, nosivi senzori na radniku mogli bi pratiti njegovu blizinu robotu i upozoravati ga na potencijalne opasnosti putem haptičkih povratnih informacija.

Rješavanje etičkih pitanja u sigurnosti HRI

Osim tehničkih i regulatornih aspekata, etička razmatranja su ključna u sigurnosti HRI. Ona obuhvaćaju:

• Transparentnost i objašnjivost: Robotski sustavi trebali bi biti dizajnirani tako da budu transparentni i objašnjivi, kako bi radnici mogli razumjeti kako rade i kako donose odluke. To može pomoći u izgradnji povjerenja i samopouzdanja u robotski sustav.
• Odgovornost: Važno je uspostaviti jasne linije odgovornosti za sigurnost robotskih sustava. To uključuje identificiranje tko je odgovoran za dizajniranje, implementaciju i održavanje robotskog sustava, kao i tko je odgovoran za reagiranje na nesreće i incidente koji su zamalo doveli do nesreće.
• Pravednost i jednakost: Robotski sustavi trebali bi biti dizajnirani i implementirani na način koji je pravedan i jednak prema svim radnicima. To znači osiguravanje da svi radnici imaju pristup obuci i resursima potrebnim za siguran rad s robotima, te da nijedan radnik nije nerazmjerno izložen rizicima.
• Gubitak radnih mjesta: Potencijal za gubitak radnih mjesta značajan je etički problem povezan s implementacijom robota. Tvrtke bi trebale razmotriti utjecaj robotizacije na svoju radnu snagu i poduzeti korake za ublažavanje bilo kakvih negativnih posljedica, poput pružanja mogućnosti prekvalifikacije za otpuštene radnike.
• Privatnost i sigurnost podataka: Robotski sustavi često prikupljaju i obrađuju velike količine podataka o ljudskim radnicima. Važno je zaštititi privatnost i sigurnost tih podataka i osigurati da se ne koriste na diskriminirajući ili štetan način.

Primjer: Maloprodajna tvrtka koja koristi robote za upravljanje zalihama trebala bi biti transparentna prema svojim zaposlenicima o tome kako roboti rade i kako se koriste. Tvrtka bi također trebala uspostaviti jasne linije odgovornosti za sigurnost robota i poduzeti korake za zaštitu privatnosti i sigurnosti podataka koje roboti prikupljaju.

Budući trendovi u sigurnosti HRI

Područje HRI se neprestano razvija, a pojavljuju se novi trendovi koji će oblikovati budućnost sigurnosti HRI:

• Napredne senzorske tehnologije: Nove senzorske tehnologije, poput 3D kamera, lidara i radara, pružaju robotima detaljnije i točnije razumijevanje njihovog okruženja. To omogućuje robotima da brže i učinkovitije reagiraju na potencijalne opasnosti.
• Sigurnosni sustavi pokretani umjetnom inteligencijom: AI se koristi za razvoj sofisticiranijih sigurnosnih sustava koji mogu predvidjeti i spriječiti nesreće. Ovi sustavi mogu učiti iz prošlih incidenata i prilagođavati se promjenjivim uvjetima.
• Kolaborativni roboti kao usluga (Cobots-as-a-Service): Modeli kolaborativnih robota kao usluge čine kolaborativne robote dostupnijima malim i srednjim poduzećima (MSP). To potiče usvajanje kolaborativne robotike u širem rasponu industrija.
• Dizajn usmjeren na čovjeka: Raste naglasak na dizajnu usmjerenom na čovjeka u HRI. To znači dizajniranje robotskih sustava koji su intuitivni, jednostavni za korištenje i sigurni za ljudske radnike.
• Standardizacija i certificiranje: U tijeku su napori za razvoj sveobuhvatnijih standarda i programa certificiranja za sigurnost HRI. To će pomoći osigurati da su robotski sustavi sigurni i pouzdani.
• Digitalni blizanci: Stvaranje digitalnih blizanaca radnog prostora omogućuje virtualnu simulaciju interakcija robota, omogućujući sveobuhvatno sigurnosno testiranje i optimizaciju prije fizičke implementacije.

Globalni primjeri implementacije sigurnosti u HRI

Automobilska industrija (Njemačka): Tvrtke poput BMW-a i Volkswagena koriste kolaborativne robote za poslove sastavljanja, implementirajući napredne senzorske tehnologije i sigurnosne sustave pokretane umjetnom inteligencijom kako bi osigurale sigurnost radnika. Pridržavaju se strogih njemačkih i europskih sigurnosnih propisa.

Proizvodnja elektronike (Japan): Fanuc i Yaskawa, vodeće tvrtke u robotici, fokusiraju se na razvoj robota s integriranim sigurnosnim značajkama, poput krajnjih efektora s ograničenjem sile i naprednih sustava za vid, kako bi omogućile sigurnu suradnju na linijama za sastavljanje elektronike. Japanski snažan naglasak na kvaliteti i preciznosti zahtijeva visoke sigurnosne standarde.

Logistika i skladištenje (SAD): Amazon i druge velike logističke tvrtke koriste AGV-ove i autonomne mobilne robote (AMR) u svojim skladištima, koristeći napredne navigacijske sustave i senzore blizine kako bi spriječili sudare i osigurali sigurnost radnika. Također ulažu u programe obuke radnika kako bi promicali sigurnu interakciju s robotima.

Prerada hrane (Danska): Tvrtke u Danskoj koriste kolaborativne robote za zadatke poput pakiranja i kontrole kvalitete, implementirajući stroge higijenske protokole i sigurnosne mjere kako bi spriječile kontaminaciju i osigurale sigurnost radnika. Danski fokus na održivosti i dobrobiti radnika potiče visoke sigurnosne standarde.

Zrakoplovstvo (Francuska): Airbus i druge zrakoplovne tvrtke koriste robote za zadatke poput bušenja i bojanja, implementirajući napredne sigurnosne sustave i tehnologije nadzora kako bi spriječili nesreće i osigurali sigurnost radnika. Strogi zahtjevi zrakoplovne industrije nalažu sveobuhvatne sigurnosne mjere.

Zaključak

Osiguravanje sigurnosti u interakciji čovjeka i robota nije samo tehnički izazov, već višeslojan pothvat koji zahtijeva holistički pristup. Od pridržavanja međunarodnih standarda i provođenja temeljitih procjena rizika do dizajniranja za sigurnost, pružanja sveobuhvatne obuke i prihvaćanja tehnološkog napretka, svaki aspekt igra ključnu ulogu u stvaranju sigurnog i produktivnog kolaborativnog okruženja. Kako roboti postaju sve integriraniji u globalnu radnu snagu, davanje prioriteta sigurnosti bit će presudno za poticanje povjerenja, povećanje produktivnosti i oblikovanje budućnosti u kojoj ljudi i roboti mogu skladno surađivati.

Prihvaćanjem ovih načela i poticanjem kulture sigurnosti, organizacije diljem svijeta mogu otključati puni potencijal HRI, istovremeno štiteći dobrobit svoje radne snage. Ovaj proaktivni pristup ne samo da ublažava rizike, već i gradi temelje za održivi rast i inovacije u doba kolaborativne robotike.