Žmogaus ir roboto sąveika: saugumo užtikrinimas bendradarbiavimo pasaulyje

Darbo aplinka sparčiai keičiasi, o robotai vis labiau integruojami į įvairias pramonės šakas. Ši integracija, žinoma kaip žmogaus ir roboto sąveika (HRI), suteikia milžiniškų galimybių, bet kartu kelia ir iššūkių, ypač saugumo srityje. Kadangi robotai dirba kartu su žmonėmis, labai svarbu nustatyti patikimus saugumo protokolus, siekiant sumažinti riziką ir užtikrinti saugią bei produktyvią darbo aplinką visame pasaulyje.

Kas yra žmogaus ir roboto sąveika (HRI)?

Žmogaus ir roboto sąveika (HRI) – tai tyrimų ir projektavimo sritis, nagrinėjanti žmonių ir robotų sąveiką. Ji apima įvairius aspektus, įskaitant fizinę, kognityvinę ir socialinę šios sąveikos dinamiką. Skirtingai nuo tradicinių pramoninių robotų, kurie veikia izoliuotuose narvuose, bendradarbiaujantys robotai (kobotai) yra sukurti dirbti artimai su žmonėmis bendrose darbo erdvėse. Tokia bendradarbiavimo aplinka reikalauja visapusiško požiūrio į saugumą.

Saugumo protokolų svarba HRI srityje

Saugumo protokolai HRI srityje yra itin svarbūs dėl kelių priežasčių:

Užkirsti kelią sužalojimams: Pagrindinis tikslas – apsaugoti darbuotojus nuo sužalojimų. Robotai, ypač pramoniniai, gali veikti didele jėga ir judėti dideliu greičiu, keldami smūgių, prispaudimo ir kitų pavojų riziką.
Didinti produktyvumą: Saugi darbo aplinka skatina darbuotojų pasitikėjimą, o tai didina produktyvumą ir efektyvumą. Kai darbuotojai jaučiasi saugūs, jie labiau linkę priimti bendradarbiaujančią robotiką.
Užtikrinti teisinį atitikimą: Daugelyje šalių galioja pramoninių robotų naudojimą reglamentuojantys teisės aktai ir standartai. Šių standartų laikymasis yra būtinas siekiant užtikrinti teisinį atitikimą ir išvengti baudų.
Etiniai aspektai: Be teisinių ir praktinių sumetimų, egzistuoja etinis imperatyvas apsaugoti darbuotojus nuo žalos. Atsakingas robotikos diegimas reikalauja teikti pirmenybę saugumui.

Pagrindiniai saugumo standartai ir reglamentai

Keletas tarptautinių standartų ir reglamentų teikia gaires, kaip užtikrinti saugumą HRI srityje. Svarbiausi iš jų yra:

ISO 10218: Šis standartas nustato saugos reikalavimus pramoniniams robotams ir robotų sistemoms. Jis apima įvairius pavojus, įskaitant prispaudimą, kirpimą, smūgį ir įsipainiojimą. ISO 10218-1 skirtas roboto projektavimui, o ISO 10218-2 – robotų sistemos integravimui.
ISO/TS 15066: Ši techninė specifikacija nustato saugos reikalavimus bendradarbiaujantiems robotams. Ji remiasi ISO 10218 ir sprendžia unikalius iššūkius, kylančius dirbant kartu su robotais bendrose darbo erdvėse. Joje apibrėžiami keturi bendradarbiavimo metodai: saugos lygį atitinkantis stebimas sustabdymas, rankinis vedimas, greičio ir atstumo stebėjimas bei galios ir jėgos ribojimas.
ANSI/RIA R15.06: Šis Amerikos nacionalinis standartas nustato saugos reikalavimus pramoniniams robotams ir robotų sistemoms. Jis panašus į ISO 10218 ir plačiai naudojamas Šiaurės Amerikoje.
Europos mašinų direktyva 2006/42/EB: Ši direktyva nustato esminius sveikatos ir saugos reikalavimus mašinoms, įskaitant pramoninius robotus, parduodamus Europos Sąjungoje.

Šie standartai suteikia sistemą rizikai vertinti, saugumo priemonėms įgyvendinti ir užtikrinti, kad robotai saugiai veiktų bendradarbiavimo aplinkoje. Įmonėms, diegiančioms robotus, labai svarbu žinoti ir laikytis savo regionui aktualių taisyklių.

Rizikos vertinimas HRI srityje

Išsamus rizikos vertinimas yra pagrindinis žingsnis užtikrinant saugumą HRI srityje. Rizikos vertinimo procesas apima galimų pavojų nustatymą, žalos tikimybės ir sunkumo įvertinimą bei kontrolės priemonių įgyvendinimą rizikai sumažinti. Pagrindiniai rizikos vertinimo proceso etapai:

Pavojaus nustatymas: Nustatyti visus galimus pavojus, susijusius su roboto sistema, įskaitant mechaninius pavojus (pvz., prispaudimas, kirpimas, smūgis), elektrinius pavojus ir ergonominius pavojus.
Rizikos analizė: Įvertinti kiekvieno pavojaus tikimybę ir sunkumą. Tai apima tokių veiksnių kaip roboto greitis, jėga ir judesio diapazonas, taip pat žmogaus sąveikos dažnumas ir trukmė, įvertinimą.
Rizikos įvertinimas: Nustatyti, ar rizika yra priimtina, ar reikia ją toliau mažinti. Tai apima rizikos palyginimą su nustatytais rizikos priimtinumo kriterijais.
Rizikos valdymas: Įgyvendinti kontrolės priemones, siekiant sumažinti riziką iki priimtino lygio. Šios priemonės gali apimti inžinerines kontrolės priemones (pvz., saugos įtaisai, apsaugos), administracines kontrolės priemones (pvz., mokymai, procedūros) ir asmenines apsaugos priemones (AAP).
Patikrinimas ir patvirtinimas: Patikrinti, ar kontrolės priemonės veiksmingai mažina riziką, ir patvirtinti, kad roboto sistema veikia saugiai, kaip numatyta.
Dokumentavimas: Dokumentuoti visą rizikos vertinimo procesą, įskaitant nustatytus pavojus, rizikos analizę, rizikos įvertinimą ir įdiegtas kontrolės priemones.

Pavyzdys: Atliekant rizikos vertinimą kobotui, naudojamam pakavimo programoje, galima nustatyti pavojų, kad darbuotojo ranka bus prispausta tarp roboto rankos ir konvejerio juostos. Rizikos analizėje būtų atsižvelgiama į roboto rankos greitį ir jėgą, darbuotojo artumą prie roboto ir užduoties dažnumą. Kontrolės priemonės galėtų apimti roboto greičio sumažinimą, saugos šviesos užuolaidos įrengimą, kuri sustabdytų robotą, jei darbuotojas patektų į pavojingą zoną, ir darbuotojų aprūpinimą pirštinėmis rankoms apsaugoti. Nuolatinis rizikos vertinimo stebėjimas ir peržiūra yra svarbūs norint prisitaikyti prie pokyčių ir naujų galimų pavojų.

Saugus projektavimas HRI srityje

Saugumas turėtų būti pagrindinis aspektas viso robotų sistemų projektavimo proceso metu. Keletas projektavimo principų gali padidinti saugumą HRI srityje:

Saugos lygį atitinkantis stebimas sustabdymas: Šis metodas leidžia robotui toliau veikti, kol bendradarbiavimo darbo erdvėje aptinkamas žmogus, bet sustabdo robotą, jei žmogus priartėja per arti.
Rankinis vedimas: Tai leidžia operatoriui fiziškai vesti roboto judesius mokant naujų užduočių arba atliekant užduotis, reikalaujančias rankų miklumo. Robotas juda tik tada, kai operatorius laiko mokymo pultą arba veda roboto ranką.
Greičio ir atstumo stebėjimas: Šis metodas nuolat stebi atstumą tarp roboto ir žmogaus darbuotojo ir atitinkamai koreguoja roboto greitį. Jei darbuotojas priartėja per arti, robotas sulėtėja arba visiškai sustoja.
Galios ir jėgos ribojimas: Šis projektavimo sprendimas riboja roboto galią ir jėgą, kad būtų išvengta sužalojimų susidūrimo su žmogumi atveju. Tai galima pasiekti naudojant jėgos jutiklius, sukimo momento jutiklius ir lanksčias medžiagas.
Ergonomiškas projektavimas: Suprojektuokite roboto sistemą taip, kad būtų sumažinti ergonominiai pavojai, tokie kaip pasikartojantys judesiai, nepatogios pozos ir per didelė jėga. Tai gali padėti išvengti raumenų ir kaulų sistemos sutrikimų bei pagerinti darbuotojų komfortą.
Žmogaus ir mašinos sąsaja (HMI): HMI turėtų būti intuityvi ir lengvai naudojama, teikianti aiškią ir glaustą informaciją apie roboto būseną ir galimus pavojus. Ji taip pat turėtų leisti darbuotojams lengvai valdyti robotą ir reaguoti į pavojaus signalus.
Saugos įtaisai: Įtraukite saugos įtaisus, tokius kaip šviesos užuolaidos, lazeriniai skeneriai, slėgiui jautrūs kilimėliai ir avarinio sustabdymo mygtukai, kad būtų užtikrintas papildomas apsaugos lygis.
Apsaugos: Naudokite fizines užtvaras, kad darbuotojai nepatektų į roboto darbo erdvę. Tai ypač svarbu didelės rizikos taikymuose, kur robotas kelia didelį pavojų.

Pavyzdys: Kobotas, skirtas elektroninių komponentų surinkimui, gali turėti jėgos jutiklius galiniame griebtuve, ribojančius jėgą, kurią jis gali daryti komponentams. Tai apsaugo komponentus nuo pažeidimų ir sumažina darbuotojo sužalojimo riziką. Roboto HMI galėtų rodyti taikomą jėgą, leisdama darbuotojui stebėti procesą ir prireikus įsikišti.

Mokymai ir švietimas

Tinkami mokymai ir švietimas yra būtini siekiant užtikrinti, kad darbuotojai suprastų riziką, susijusią su HRI, ir žinotų, kaip saugiai valdyti robotų sistemas. Mokymo programos turėtų apimti tokias temas kaip:

Roboto saugos principai ir reglamentai.
Rizikos vertinimo procedūros.
Saugios konkrečios robotų sistemos eksploatavimo procedūros.
Avarinio sustabdymo procedūros.
Tinkamas saugos įtaisų ir AAP naudojimas.
Gedimų šalinimo ir priežiūros procedūros.
Nelaimingų atsitikimų ir beveik įvykusių nelaimingų atsitikimų pranešimo procedūros.

Mokymai turėtų būti organizuojami visiems darbuotojams, kurie bendraus su roboto sistema, įskaitant operatorius, programuotojus, techninės priežiūros personalą ir vadovus. Kvalifikacijos kėlimo mokymai turėtų būti rengiami reguliariai, siekiant užtikrinti, kad darbuotojai būtų susipažinę su naujausia saugos praktika.

Pavyzdys: Gamybos įmonė, diegianti kobotus suvirinimo darbams, turėtų surengti išsamius mokymus savo suvirinimo operatoriams. Mokymai turėtų apimti tokias temas kaip robotų saugos principai, rizikos vertinimo procedūros, saugios suvirinimo praktikos ir tinkamas suvirinimo AAP naudojimas. Mokymai taip pat turėtų apimti praktinius užsiėmimus su kobotu, prižiūrint kvalifikuotam instruktoriui.

Stebėjimas ir priežiūra

Reguliarus stebėjimas ir priežiūra yra labai svarbūs siekiant užtikrinti, kad robotų sistemos ilgainiui veiktų saugiai. Stebėjimo veikla turėtų apimti:

Reguliarius roboto sistemos patikrinimus, siekiant nustatyti bet kokius nusidėvėjimo, pažeidimo ar gedimo požymius.
Saugos įtaisų stebėjimą, siekiant užtikrinti, kad jie veiktų tinkamai.
Reguliarius saugos procedūrų auditus, siekiant užtikrinti, kad jų būtų laikomasi.
Nelaimingų atsitikimų ir beveik įvykusių nelaimingų atsitikimų duomenų analizę, siekiant nustatyti tendencijas ir tobulintinas sritis.

Priežiūros veikla turėtų apimti:

Reguliarų roboto sistemos tepimą ir valymą.
Susidėvėjusių ar pažeistų dalių keitimą.
Jutiklių ir pavarų kalibravimą.
Programinės ir aparatinės įrangos atnaujinimą.
Saugos funkcijų patikrinimą ir patvirtinimą po priežiūros darbų.

Priežiūrą turėtų atlikti kvalifikuotas personalas, apmokytas dirbti su konkrečia robotų sistema. Visa priežiūros veikla turėtų būti dokumentuojama ir sekama.

Pavyzdys: Logistikos įmonė, savo sandėlyje naudojanti automatizuotas valdomas transporto priemones (AGV), turėtų reguliariai tikrinti AGV, siekdama užtikrinti, kad jų jutikliai, stabdžiai ir saugos įtaisai veiktų tinkamai. Įmonė taip pat turėtų stebėti AGV navigacijos kelius, kad nustatytų galimus pavojus, tokius kaip kliūtys ar sandėlio išplanavimo pakeitimai.

Technologijų vaidmuo didinant HRI saugumą

Pažangios technologijos vaidina vis svarbesnį vaidmenį didinant saugumą HRI srityje:

Vaizdo sistemos: Vaizdo sistemos gali būti naudojamos žmogaus buvimui roboto darbo erdvėje aptikti ir žmogaus judesiams stebėti. Ši informacija gali būti naudojama roboto greičiui ir trajektorijai koreguoti arba robotui visiškai sustabdyti, jei gresia susidūrimas.
Jėgos jutikliai: Jėgos jutikliai gali būti naudojami roboto daromai jėgai matuoti ir jėgai apriboti iki saugaus lygio. Tai gali padėti išvengti sužalojimų susidūrus su žmogumi.
Artumo jutikliai: Artumo jutikliai gali būti naudojami žmogaus buvimui šalia roboto aptikti ir robotui sulėtinti arba sustabdyti prieš įvykstant susidūrimui.
Dirbtinis intelektas (DI): DI gali būti naudojamas roboto aplinkos suvokimui pagerinti ir žmogaus judesiams prognozuoti. Tai gali leisti robotui greičiau ir efektyviau reaguoti į galimus pavojus.
Virtuali realybė (VR) ir papildytoji realybė (AR): VR ir AR gali būti naudojamos darbuotojams mokyti saugių darbo procedūrų ir imituoti galimus pavojus. Tai gali padėti darbuotojams išsiugdyti įgūdžius ir žinias, reikalingas saugiam darbui su robotais.
Belaidis ryšys: Belaidžio ryšio technologijos leidžia realiuoju laiku stebėti roboto veikimą ir aplinką. Tai gali palengvinti nuotolinį valdymą, diagnostiką ir saugos intervencijas.

Pavyzdys: Automobilių gamintojas, naudojantis robotus dažymo darbams, galėtų integruoti vaizdo sistemą, kuri aptiktų, kada darbuotojas įeina į dažymo kabiną. Vaizdo sistema galėtų automatiškai išjungti robotą, kad darbuotojas nebūtų paveiktas kenksmingų dažų garų. Be to, ant darbuotojo dėvimi jutikliai galėtų stebėti jo artumą prie roboto ir įspėti apie galimus pavojus per haptinį grįžtamąjį ryšį.

Etinių aspektų sprendimas HRI saugumo srityje

Be techninių ir teisinių aspektų, etiniai svarstymai yra gyvybiškai svarbūs HRI saugumo srityje. Jie apima:

Skaidrumas ir paaiškinamumas: Robotų sistemos turėtų būti sukurtos taip, kad būtų skaidrios ir paaiškinamos, kad darbuotojai galėtų suprasti, kaip jos veikia ir kaip priima sprendimus. Tai gali padėti sukurti pasitikėjimą robotų sistema.
Atskaitomybė: Svarbu nustatyti aiškias atsakomybės ribas už robotų sistemų saugumą. Tai apima nustatymą, kas yra atsakingas už robotų sistemos projektavimą, diegimą ir priežiūrą, taip pat kas yra atsakingas už reagavimą į nelaimingus atsitikimus ir beveik įvykusius nelaimingus atsitikimus.
Sąžiningumas ir teisingumas: Robotų sistemos turėtų būti projektuojamos ir diegiamos taip, kad būtų sąžiningos ir teisingos visiems darbuotojams. Tai reiškia užtikrinti, kad visi darbuotojai turėtų prieigą prie mokymų ir išteklių, reikalingų saugiam darbui su robotais, ir kad jokie darbuotojai nebūtų neproporcingai veikiami rizikos.
Darbo vietų praradimas: Galimas darbo vietų praradimas yra reikšmingas etinis susirūpinimas, susijęs su robotų diegimu. Įmonės turėtų atsižvelgti į robotizacijos poveikį savo darbo jėgai ir imtis veiksmų, kad sušvelnintų bet kokias neigiamas pasekmes, pavyzdžiui, suteikdamos perkvalifikavimo galimybes atleistiems darbuotojams.
Duomenų privatumas ir saugumas: Robotų sistemos dažnai renka ir apdoroja didelius kiekius duomenų apie žmones darbuotojus. Svarbu apsaugoti šių duomenų privatumą ir saugumą bei užtikrinti, kad jie nebūtų naudojami diskriminaciniu ar žalingu būdu.

Pavyzdys: Mažmeninės prekybos įmonė, diegianti robotus atsargų valdymui, turėtų būti skaidri savo darbuotojams apie tai, kaip robotai veikia ir kaip jie naudojami. Įmonė taip pat turėtų nustatyti aiškias atsakomybės ribas už robotų saugumą ir imtis veiksmų, kad apsaugotų robotų surinktų duomenų privatumą ir saugumą.

Ateities tendencijos HRI saugumo srityje

HRI sritis nuolat vystosi, atsiranda naujų tendencijų, kurios formuos HRI saugumo ateitį:

Pažangios jutiklių technologijos: Naujos jutiklių technologijos, tokios kaip 3D kameros, lidaras ir radaras, suteikia robotams išsamesnį ir tikslesnį aplinkos supratimą. Tai leidžia robotams greičiau ir efektyviau reaguoti į galimus pavojus.
DI pagrįstos saugos sistemos: DI naudojamas kuriant sudėtingesnes saugos sistemas, kurios gali prognozuoti ir užkirsti kelią nelaimingiems atsitikimams. Šios sistemos gali mokytis iš praeities incidentų ir prisitaikyti prie kintančių sąlygų.
Bendradarbiaujantys robotai kaip paslauga (Cobots-as-a-Service): „Kobotai kaip paslauga“ modeliai daro bendradarbiaujančius robotus prieinamesnius mažoms ir vidutinėms įmonėms (MVĮ). Tai skatina bendradarbiaujančios robotikos pritaikymą platesniame pramonės šakų spektre.
Į žmogų orientuotas projektavimas: HRI srityje vis labiau pabrėžiamas į žmogų orientuotas projektavimas. Tai reiškia, kad kuriamos robotų sistemos, kurios yra intuityvios, lengvai naudojamos ir saugios žmonėms darbuotojams.
Standartizavimas ir sertifikavimas: Dedamos pastangos sukurti išsamesnius standartus ir sertifikavimo programas HRI saugumui. Tai padės užtikrinti, kad robotų sistemos būtų saugios ir patikimos.
Skaitmeniniai dvyniai: Darbo erdvės skaitmeninių dvynių kūrimas leidžia virtualiai imituoti robotų sąveiką, o tai suteikia galimybę atlikti išsamų saugumo testavimą ir optimizavimą prieš fizinį diegimą.

Pasauliniai HRI saugumo įgyvendinimo pavyzdžiai

Automobilių pramonė (Vokietija): Tokios įmonės kaip BMW ir „Volkswagen“ naudoja bendradarbiaujančius robotus surinkimo užduotims, diegdamos pažangias jutiklių technologijas ir DI pagrįstas saugos sistemas, kad užtikrintų darbuotojų saugumą. Jos laikosi griežtų Vokietijos ir Europos saugos reglamentų.

Elektronikos gamyba (Japonija): Pirmaujančios robotikos įmonės „Fanuc“ ir „Yaskawa“ daugiausia dėmesio skiria robotų su integruotomis saugos funkcijomis, tokiomis kaip jėgą ribojantys galiniai griebtuvai ir pažangios vaizdo sistemos, kūrimui, kad būtų galima saugiai bendradarbiauti elektronikos surinkimo linijose. Japonijos didelis dėmesys kokybei ir tikslumui reikalauja aukštų saugos standartų.

Logistika ir sandėliavimas (Jungtinės Valstijos): „Amazon“ ir kitos didelės logistikos įmonės savo sandėliuose diegia AGV ir autonominius mobiliuosius robotus (AMR), naudodamos pažangias navigacijos sistemas ir artumo jutiklius, kad išvengtų susidūrimų ir užtikrintų darbuotojų saugumą. Jos taip pat investuoja į darbuotojų mokymo programas, skirtas skatinti saugią sąveiką su robotais.

Maisto perdirbimas (Danija): Danijos įmonės naudoja bendradarbiaujančius robotus tokioms užduotims kaip pakavimas ir kokybės kontrolė, įgyvendindamos griežtus higienos protokolus ir saugos priemones, kad būtų išvengta užteršimo ir užtikrintas darbuotojų saugumas. Danijos dėmesys tvarumui ir darbuotojų gerovei skatina aukštus saugos standartus.

Aviacijos ir kosmoso pramonė (Prancūzija): „Airbus“ ir kitos aviacijos ir kosmoso pramonės įmonės naudoja robotus tokioms užduotims kaip gręžimas ir dažymas, diegdamos pažangias saugos sistemas ir stebėjimo technologijas, kad būtų išvengta nelaimingų atsitikimų ir užtikrintas darbuotojų saugumas. Griežti aviacijos ir kosmoso pramonės reikalavimai reikalauja visapusiškų saugos priemonių.

Išvada

Žmogaus ir roboto sąveikos saugumo užtikrinimas yra ne tik techninis iššūkis, bet ir daugialypė užduotis, reikalaujanti holistinio požiūrio. Nuo tarptautinių standartų laikymosi ir išsamių rizikos vertinimų atlikimo iki saugaus projektavimo, visapusiškų mokymų teikimo ir technologinių naujovių pritaikymo – kiekvienas aspektas atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį kuriant saugią ir produktyvią bendradarbiavimo aplinką. Robotams vis labiau integruojantis į pasaulinę darbo jėgą, saugumo prioritetizavimas bus svarbiausias veiksnys ugdant pasitikėjimą, didinant produktyvumą ir formuojant ateitį, kurioje žmonės ir robotai galės darniai dirbti kartu.

Taikydamos šiuos principus ir puoselėdamos saugos kultūrą, organizacijos visame pasaulyje gali atskleisti visą HRI potencialą, kartu apsaugodamos savo darbuotojų gerovę. Šis proaktyvus požiūris ne tik sumažina riziką, bet ir sukuria pagrindą tvariam augimui ir inovacijoms bendradarbiaujančios robotikos amžiuje.