Cilvēka un robota mijiedarbība: Drošības nodrošināšana sadarbības pasaulē

Darba vide strauji attīstās, un roboti arvien vairāk tiek integrēti dažādās nozarēs. Šī integrācija, kas pazīstama kā cilvēka un robota mijiedarbība (HRI), sniedz gan milzīgas iespējas, gan potenciālus izaicinājumus, īpaši attiecībā uz drošību. Tā kā roboti strādā līdzās cilvēkiem, ir ļoti svarīgi izveidot stingrus drošības protokolus, lai mazinātu riskus un nodrošinātu drošu un produktīvu darba vidi visā pasaulē.

Kas ir cilvēka un robota mijiedarbība (HRI)?

Cilvēka un robota mijiedarbība (HRI) attiecas uz mijiedarbības starp cilvēkiem un robotiem izpēti un dizainu. Tā ietver dažādus aspektus, tostarp šīs mijiedarbības fizisko, kognitīvo un sociālo dinamiku. Atšķirībā no tradicionālajiem rūpnieciskajiem robotiem, kas darbojas izolētos būros, sadarbības roboti (koboti) ir paredzēti ciešai sadarbībai ar cilvēkiem kopīgās darba telpās. Šī sadarbības vide prasa visaptverošu pieeju drošībai.

Drošības protokolu nozīme HRI

Drošības protokoli HRI ir vissvarīgākie vairāku iemeslu dēļ:

• Traumu novēršana: Galvenais mērķis ir novērst cilvēku darbinieku traumas. Roboti, īpaši rūpnieciskie, var izdarīt ievērojamu spēku un pārvietoties lielā ātrumā, radot trieciena, saspiešanas un citu apdraudējumu risku.
• Produktivitātes uzlabošana: Droša darba vide veicina darbinieku uzticēšanos un pārliecību, kas noved pie paaugstinātas produktivitātes un efektivitātes. Kad darbinieki jūtas droši, viņi, visticamāk, pieņems sadarbības robotiku.
• Normatīvo aktu atbilstības nodrošināšana: Daudzās valstīs ir noteikumi un standarti, kas regulē rūpniecisko robotu izmantošanu. Šo standartu ievērošana ir būtiska juridiskai atbilstībai un sodu izvairīšanai.
• Ētiski apsvērumi: Papildus juridiskajiem un praktiskajiem apsvērumiem pastāv ētisks pienākums aizsargāt cilvēkus darbiniekus no kaitējuma. Atbildīga robotikas ieviešana prasa drošības prioritizēšanu pāri visam citam.

Galvenie drošības standarti un noteikumi

Vairāki starptautiski standarti un noteikumi sniedz norādījumus par drošības nodrošināšanu HRI. Daži no svarīgākajiem ir:

• ISO 10218: Šis standarts nosaka drošības prasības rūpnieciskajiem robotiem un robotu sistēmām. Tas attiecas uz dažādiem apdraudējumiem, tostarp saspiešanu, griešanu, triecienu un sapīšanos. ISO 10218-1 koncentrējas uz robotu dizainu, savukārt ISO 10218-2 - uz robotu sistēmu integrāciju.
• ISO/TS 15066: Šī tehniskā specifikācija nodrošina drošības prasības sadarbības robotiem. Tā balstās uz ISO 10218 un risina unikālos izaicinājumus, strādājot līdzās robotiem kopīgās darba telpās. Tā definē četras sadarbības metodes: drošības novērtēta uzraudzīta apturēšana, manuāla vadība, ātruma un attāluma uzraudzība, kā arī jaudas un spēka ierobežošana.
• ANSI/RIA R15.06: Šis Amerikas Nacionālais standarts nosaka drošības prasības rūpnieciskajiem robotiem un robotu sistēmām. Tas ir līdzīgs ISO 10218 un tiek plaši izmantots Ziemeļamerikā.
• Eiropas Mašīnu direktīva 2006/42/EK: Šī direktīva nosaka būtiskas veselības un drošības prasības mašīnām, tostarp rūpnieciskajiem robotiem, kas tiek pārdoti Eiropas Savienībā.

Šie standarti nodrošina ietvaru risku novērtēšanai, drošības pasākumu ieviešanai un nodrošināšanai, ka roboti darbojas droši sadarbības vidē. Uzņēmumiem, kas izvieto robotus, ir ļoti svarīgi būt informētiem un ievērot šos noteikumus, kas attiecas uz viņu reģionu.

Riska novērtējums HRI

Rūpīgs riska novērtējums ir pamatnoteikums drošības nodrošināšanai HRI. Riska novērtēšanas process ietver potenciālo apdraudējumu identificēšanu, kaitējuma iespējamības un smaguma novērtēšanu, kā arī kontroles pasākumu ieviešanu risku mazināšanai. Galvenie soļi riska novērtēšanas procesā ietver:

1. Bīstamības identificēšana: Identificējiet visus potenciālos apdraudējumus, kas saistīti ar robotu sistēmu, tostarp mehāniskos apdraudējumus (piem., saspiešana, griešana, trieciens), elektriskos apdraudējumus un ergonomiskos apdraudējumus.
2. Riska analīze: Novērtējiet katra apdraudējuma iespējamību un smagumu. Tas ietver tādu faktoru apsvēršanu kā robota ātrums, spēks un kustību diapazons, kā arī cilvēka mijiedarbības biežums un ilgums.
3. Riska izvērtēšana: Nosakiet, vai riski ir pieņemami vai nepieciešama turpmāka mazināšana. Tas ietver risku salīdzināšanu ar noteiktiem riska pieņemamības kritērijiem.
4. Riska kontrole: Ieviesiet kontroles pasākumus, lai samazinātu riskus līdz pieņemamam līmenim. Šie pasākumi var ietvert inženiertehniskos kontroles līdzekļus (piem., drošības ierīces, aizsargus), administratīvos kontroles līdzekļus (piem., apmācību, procedūras) un individuālos aizsardzības līdzekļus (IAL).
5. Verifikācija un validācija: Pārbaudiet, vai kontroles pasākumi ir efektīvi risku samazināšanā, un apstipriniet, ka robotu sistēma darbojas droši, kā paredzēts.
6. Dokumentācija: Dokumentējiet visu riska novērtēšanas procesu, tostarp identificētos apdraudējumus, riska analīzi, riska izvērtēšanu un ieviestos kontroles pasākumus.

Piemērs: Riska novērtējums kobotam, ko izmanto iepakošanas lietojumprogrammā, varētu identificēt risku, ka darbinieka roka var tikt iespiesta starp robota roku un konveijera lenti. Riska analīzē tiktu ņemts vērā robota rokas ātrums un spēks, darbinieka tuvums robotam un uzdevuma biežums. Kontroles pasākumi varētu ietvert robota ātruma samazināšanu, drošības gaismas aizkara uzstādīšanu, lai apturētu robotu, ja darbinieks ieiet bīstamajā zonā, un cimdu nodrošināšanu darbiniekiem roku aizsardzībai. Nepārtraukta riska novērtējuma uzraudzība un pārskatīšana ir svarīga, lai pielāgotos izmaiņām un jauniem potenciālajiem apdraudējumiem.

Drošības projektēšana HRI

Drošībai jābūt galvenajam apsvērumam visā robotu sistēmu projektēšanas procesā. Vairāki dizaina principi var uzlabot drošību HRI:

• Drošības novērtēta uzraudzīta apturēšana: Šī tehnika ļauj robotam turpināt darboties, kamēr sadarbības darba telpā tiek konstatēta persona, bet aptur robotu, ja persona pienāk pārāk tuvu.
• Manuāla vadība: Tas ļauj operatoram fiziski vadīt robota kustības, lai mācītu jaunus uzdevumus vai veiktu uzdevumus, kas prasa manuālu veiklību. Robots kustas tikai tad, kad operators tur mācīšanas pulti vai vada robota roku.
• Ātruma un attāluma uzraudzība: Šī tehnika nepārtraukti uzrauga attālumu starp robotu un cilvēku darbinieku un attiecīgi pielāgo robota ātrumu. Ja darbinieks pienāk pārāk tuvu, robots palēnina ātrumu vai pilnībā apstājas.
• Jaudas un spēka ierobežošana: Šis dizains ierobežo robota jaudu un spēku, lai novērstu traumas sadursmes gadījumā ar cilvēku darbinieku. To var panākt, izmantojot spēka sensorus, griezes momenta sensorus un elastīgus materiālus.
• Ergonomisks dizains: Projektējiet robotu sistēmu tā, lai samazinātu ergonomiskos apdraudējumus, piemēram, atkārtotas kustības, neērtas pozas un pārmērīgu spēku. Tas var palīdzēt novērst muskuļu un skeleta sistēmas traucējumus un uzlabot darbinieku komfortu.
• Cilvēka un mašīnas saskarne (HMI): HMI jābūt intuitīvai un viegli lietojamai, sniedzot skaidru un kodolīgu informāciju par robota statusu un jebkādiem potenciālajiem apdraudējumiem. Tai arī jāļauj darbiniekiem viegli kontrolēt robotu un reaģēt uz trauksmes signāliem.
• Drošības ierīces: Iekļaujiet drošības ierīces, piemēram, gaismas aizkarus, lāzera skenerus, spiedienjutīgus paklājus un avārijas apturēšanas pogas, lai nodrošinātu papildu aizsardzības slāņus.
• Aizsargi: Izmantojiet fiziskas barjeras, lai novērstu darbinieku iekļūšanu robota darba telpā. Tas ir īpaši svarīgi augsta riska lietojumprogrammās, kur robots rada ievērojamu apdraudējumu.

Piemērs: Kobots, kas paredzēts elektronisko komponentu montāžai, varētu ietvert spēka sensorus savā gala efektorā, lai ierobežotu spēku, ko tas var pielikt komponentiem. Tas novērš komponentu bojājumus un samazina traumu risku darbiniekam. Robota HMI varētu parādīt pielietoto spēku, ļaujot darbiniekam uzraudzīt procesu un nepieciešamības gadījumā iejaukties.

Apmācība un izglītība

Atbilstoša apmācība un izglītība ir būtiska, lai nodrošinātu, ka darbinieki saprot riskus, kas saistīti ar HRI, un kā droši darboties ar robotu sistēmām. Apmācību programmām būtu jāaptver tādas tēmas kā:

• Robotu drošības principi un noteikumi.
• Riska novērtēšanas procedūras.
• Drošas ekspluatācijas procedūras konkrētai robotu sistēmai.
• Avārijas apturēšanas procedūras.
• Pareiza drošības ierīču un IAL lietošana.
• Problēmu novēršanas un apkopes procedūras.
• Ziņošanas procedūras par negadījumiem un gandrīz negadījumiem.

Apmācība jānodrošina visiem darbiniekiem, kuri mijiedarbosies ar robotu sistēmu, tostarp operatoriem, programmētājiem, apkopes personālam un uzraugiem. Regulāri jāorganizē atsvaidzināšanas apmācības, lai nodrošinātu, ka darbinieki ir informēti par jaunākajām drošības praksēm.

Piemērs: Ražošanas uzņēmumam, kas izmanto kobotus metināšanas darbos, būtu jānodrošina visaptveroša apmācība saviem metināšanas operatoriem. Apmācībai būtu jāaptver tādas tēmas kā robotu drošības principi, riska novērtēšanas procedūras, drošas metināšanas prakses un pareiza metināšanas IAL lietošana. Apmācībai būtu jāietver arī praktiskas nodarbības ar kobotu kvalificēta instruktora uzraudzībā.

Uzraudzība un apkope

Regulāra uzraudzība un apkope ir ļoti svarīga, lai nodrošinātu, ka robotu sistēmas laika gaitā turpina darboties droši. Uzraudzības darbībām būtu jāietver:

• Regulāras robotu sistēmas pārbaudes, lai identificētu jebkādas nolietojuma, bojājumu vai darbības traucējumu pazīmes.
• Drošības ierīču uzraudzība, lai nodrošinātu, ka tās darbojas pareizi.
• Regulāri drošības procedūru auditi, lai nodrošinātu to ievērošanu.
• Negadījumu un gandrīz negadījumu datu analīze, lai identificētu tendences un jomas uzlabojumiem.

Apkopes darbībām būtu jāietver:

• Regulāra robotu sistēmas eļļošana un tīrīšana.
• Nolietotu vai bojātu daļu nomaiņa.
• Sensoru un izpildmehānismu kalibrēšana.
• Programmatūras un aparātprogrammatūras atjaunināšana.
• Drošības funkciju verifikācija un validācija pēc apkopes darbībām.

Apkopi jāveic kvalificētam personālam, kurš ir apmācīts darbam ar konkrēto robotu sistēmu. Visas apkopes darbības ir jādokumentē un jāizseko.

Piemērs: Loģistikas uzņēmumam, kas savā noliktavā izmanto automatizētus vadāmus transportlīdzekļus (AGV), būtu jāveic regulāras AGV pārbaudes, lai nodrošinātu, ka to sensori, bremzes un drošības ierīces darbojas pareizi. Uzņēmumam arī jāuzrauga AGV navigācijas ceļi, lai identificētu jebkādus potenciālus apdraudējumus, piemēram, šķēršļus vai izmaiņas noliktavas izkārtojumā.

Tehnoloģiju loma HRI drošības uzlabošanā

Modernās tehnoloģijas spēlē arvien nozīmīgāku lomu HRI drošības uzlabošanā:

• Redzes sistēmas: Redzes sistēmas var izmantot, lai noteiktu cilvēka klātbūtni robota darba telpā un uzraudzītu cilvēka kustības. Šo informāciju var izmantot, lai pielāgotu robota ātrumu un trajektoriju vai pilnībā apturētu robotu, ja sadursme ir nenovēršama.
• Spēka sensori: Spēka sensorus var izmantot, lai mērītu robota pielikto spēku un ierobežotu to līdz drošam līmenim. Tas var novērst traumas sadursmes gadījumā ar cilvēku darbinieku.
• Tuvuma sensori: Tuvuma sensorus var izmantot, lai noteiktu cilvēka darbinieka klātbūtni robota tuvumā un palēninātu vai apturētu robotu pirms sadursmes.
• Mākslīgais intelekts (MI): MI var izmantot, lai uzlabotu robota uztveri par vidi un prognozētu cilvēka kustības. Tas var ļaut robotam ātrāk un efektīvāk reaģēt uz potenciālajiem apdraudējumiem.
• Virtuālā realitāte (VR) un papildinātā realitāte (AR): VR un AR var izmantot, lai apmācītu darbiniekus par drošām ekspluatācijas procedūrām un simulētu potenciālos apdraudējumus. Tas var palīdzēt darbiniekiem attīstīt prasmes un zināšanas, kas nepieciešamas drošam darbam ar robotiem.
• Bezvadu komunikācija: Bezvadu komunikācijas tehnoloģijas ļauj reāllaikā uzraudzīt robota veiktspēju un vidi. Tas var atvieglot attālinātu vadību, diagnostiku un drošības iejaukšanos.

Piemērs: Automobiļu ražotājs, kas izmanto robotus krāsošanas darbos, varētu iekļaut redzes sistēmu, lai noteiktu, kad darbinieks ieiet krāsošanas kabīnē. Redzes sistēma varētu automātiski izslēgt robotu, lai novērstu darbinieka pakļaušanu kaitīgiem krāsas tvaikiem. Turklāt valkājami sensori uz darbinieka varētu uzraudzīt viņa tuvumu robotam un brīdināt par potenciālajiem apdraudējumiem, izmantojot haptisko atgriezenisko saiti.

Ētisko apsvērumu risināšana HRI drošībā

Papildus tehniskajiem un normatīvajiem aspektiem, ētiski apsvērumi ir būtiski HRI drošībā. Tie ietver:

• Pārredzamība un izskaidrojamība: Robotu sistēmas jāprojektē tā, lai tās būtu pārredzamas un izskaidrojamas, lai darbinieki varētu saprast, kā tās darbojas un kā tās pieņem lēmumus. Tas var palīdzēt veidot uzticēšanos un pārliecību par robotu sistēmu.
• Atbildība: Ir svarīgi noteikt skaidras atbildības līnijas par robotu sistēmu drošību. Tas ietver noteikšanu, kurš ir atbildīgs par robotu sistēmas projektēšanu, izvietošanu un uzturēšanu, kā arī kurš ir atbildīgs par reaģēšanu uz negadījumiem un gandrīz negadījumiem.
• Godīgums un vienlīdzība: Robotu sistēmas jāprojektē un jāizvieto tā, lai tās būtu godīgas un vienlīdzīgas pret visiem darbiniekiem. Tas nozīmē nodrošināt, ka visiem darbiniekiem ir piekļuve apmācībai un resursiem, kas nepieciešami drošam darbam ar robotiem, un ka neviens darbinieks netiek nesamērīgi pakļauts riskiem.
• Darba vietu zaudēšana: Potenciālā darba vietu zaudēšana ir nozīmīgs ētisks apsvērums, kas saistīts ar robotu izvietošanu. Uzņēmumiem būtu jāapsver robotizācijas ietekme uz savu darbaspēku un jāveic pasākumi, lai mazinātu jebkādas negatīvas sekas, piemēram, nodrošinot pārkvalifikācijas iespējas atlaistajiem darbiniekiem.
• Datu privātums un drošība: Robotu sistēmas bieži vāc un apstrādā lielu daudzumu datu par cilvēku darbiniekiem. Ir svarīgi aizsargāt šo datu privātumu un drošību un nodrošināt, ka tie netiek izmantoti diskriminējošā vai kaitīgā veidā.

Piemērs: Mazumtirdzniecības uzņēmumam, kas izmanto robotus krājumu pārvaldībai, jābūt pārredzamam ar saviem darbiniekiem par to, kā roboti darbojas un kā tie tiek izmantoti. Uzņēmumam arī jānosaka skaidras atbildības līnijas par robotu drošību un jāveic pasākumi, lai aizsargātu robotu savākto datu privātumu un drošību.

Nākotnes tendences HRI drošībā

HRI joma nepārtraukti attīstās, un parādās jaunas tendences, kas veidos HRI drošības nākotni:

• Uzlabotas sensoru tehnoloģijas: Jaunas sensoru tehnoloģijas, piemēram, 3D kameras, lidari un radari, nodrošina robotiem detalizētāku un precīzāku izpratni par savu vidi. Tas ļauj robotiem ātrāk un efektīvāk reaģēt uz potenciālajiem apdraudējumiem.
• MI darbinātas drošības sistēmas: MI tiek izmantots, lai izstrādātu sarežģītākas drošības sistēmas, kas var prognozēt un novērst negadījumus. Šīs sistēmas var mācīties no pagātnes incidentiem un pielāgoties mainīgajiem apstākļiem.
• Sadarbības roboti kā pakalpojums (Cobots-as-a-Service): Kobotu kā pakalpojuma modeļi padara sadarbības robotus pieejamākus maziem un vidējiem uzņēmumiem (MVU). Tas veicina sadarbības robotikas pieņemšanu plašākā nozaru lokā.
• Uz cilvēku centrēts dizains: HRI arvien lielāks uzsvars tiek likts uz cilvēku centrētu dizainu. Tas nozīmē projektēt robotu sistēmas, kas ir intuitīvas, viegli lietojamas un drošas cilvēku darbiniekiem.
• Standartizācija un sertifikācija: Notiek darbs pie visaptverošāku standartu un sertifikācijas programmu izstrādes HRI drošībai. Tas palīdzēs nodrošināt, ka robotu sistēmas ir drošas un uzticamas.
• Digitālie dvīņi: Darba telpas digitālo dvīņu izveide ļauj virtuāli simulēt robotu mijiedarbību, nodrošinot visaptverošu drošības testēšanu un optimizāciju pirms fiziskas izvietošanas.

Globāli HRI drošības ieviešanas piemēri

Automobiļu rūpniecība (Vācija): Uzņēmumi, piemēram, BMW un Volkswagen, izmanto sadarbības robotus montāžas uzdevumiem, ieviešot uzlabotas sensoru tehnoloģijas un MI darbinātas drošības sistēmas, lai nodrošinātu darbinieku drošību. Viņi ievēro stingrus Vācijas un Eiropas drošības noteikumus.

Elektronikas ražošana (Japāna): Fanuc un Yaskawa, vadošie robotikas uzņēmumi, koncentrējas uz robotu izstrādi ar integrētām drošības funkcijām, piemēram, spēka ierobežojošiem gala efektoriem un uzlabotām redzes sistēmām, lai nodrošinātu drošu sadarbību elektronikas montāžas līnijās. Japānas stingrais uzsvars uz kvalitāti un precizitāti prasa augstus drošības standartus.

Loģistika un noliktavu saimniecība (ASV): Amazon un citi lieli loģistikas uzņēmumi izvieto AGV un autonomus mobilos robotus (AMR) savās noliktavās, izmantojot uzlabotas navigācijas sistēmas un tuvuma sensorus, lai novērstu sadursmes un nodrošinātu darbinieku drošību. Viņi arī investē darbinieku apmācības programmās, lai veicinātu drošu mijiedarbību ar robotiem.

Pārtikas apstrāde (Dānija): Uzņēmumi Dānijā izmanto sadarbības robotus tādiem uzdevumiem kā iepakošana un kvalitātes kontrole, ieviešot stingrus higiēnas protokolus un drošības pasākumus, lai novērstu piesārņojumu un nodrošinātu darbinieku drošību. Dānijas fokuss uz ilgtspējību un darbinieku labklājību veicina augstus drošības standartus.

Kosmosa rūpniecība (Francija): Airbus un citi kosmosa nozares uzņēmumi izmanto robotus tādiem uzdevumiem kā urbšana un krāsošana, ieviešot uzlabotas drošības sistēmas un uzraudzības tehnoloģijas, lai novērstu negadījumus un nodrošinātu darbinieku drošību. Stingrās kosmosa nozares prasības prasa visaptverošus drošības pasākumus.

Noslēgums

Drošības nodrošināšana cilvēka un robota mijiedarbībā nav tikai tehnisks izaicinājums, bet gan daudzpusīgs pasākums, kas prasa holistisku pieeju. Sākot ar starptautisko standartu ievērošanu un rūpīgu riska novērtējumu veikšanu, līdz pat drošības projektēšanai, visaptverošas apmācības nodrošināšanai un tehnoloģisko sasniegumu pieņemšanai, katrs aspekts spēlē būtisku lomu drošas un produktīvas sadarbības vides radīšanā. Tā kā roboti arvien vairāk tiek integrēti globālajā darbaspēkā, drošības prioritizēšana būs vissvarīgākā, lai veicinātu uzticēšanos, uzlabotu produktivitāti un veidotu nākotni, kurā cilvēki un roboti var harmoniski strādāt kopā.

Pieņemot šos principus un veicinot drošības kultūru, organizācijas visā pasaulē var pilnībā atraisīt HRI potenciālu, vienlaikus aizsargājot sava darbaspēka labklājību. Šī proaktīvā pieeja ne tikai mazina riskus, bet arī veido pamatu ilgtspējīgai izaugsmei un inovācijām sadarbības robotikas laikmetā.