Mens-Robot Interactie: Veiligheid Garanderen in een Collaboratieve Wereld

Het werklandschap evolueert snel, waarbij robots steeds meer geïntegreerd worden in diverse industrieën. Deze integratie, bekend als Mens-Robot Interactie (HRI), biedt zowel immense mogelijkheden als potentiële uitdagingen, met name op het gebied van veiligheid. Nu robots naast mensen werken, is het cruciaal om robuuste veiligheidsprotocollen op te stellen om risico's te beperken en wereldwijd een veilige en productieve werkomgeving te garanderen.

Wat is Mens-Robot Interactie (HRI)?

Mens-Robot Interactie (HRI) verwijst naar de studie en het ontwerp van interacties tussen mensen en robots. Het omvat diverse aspecten, waaronder de fysieke, cognitieve en sociale dynamiek van deze interacties. In tegenstelling tot traditionele industriële robots die in afgesloten kooien werken, zijn collaboratieve robots (cobots) ontworpen om nauw samen te werken met mensen in gedeelde werkruimtes. Deze collaboratieve omgeving vereist een alomvattende benadering van veiligheid.

Het Belang van Veiligheidsprotocollen in HRI

Veiligheidsprotocollen in HRI zijn om verschillende redenen van het grootste belang:

Letsels Voorkomen: Het primaire doel is het voorkomen van letsels bij menselijke werknemers. Robots, met name industriële, kunnen aanzienlijke kracht uitoefenen en met hoge snelheden bewegen, wat een risico vormt op botsingsletsel, beknelling en andere gevaren.
Productiviteit Verhogen: Een veilige werkomgeving bevordert het vertrouwen onder werknemers, wat leidt tot een hogere productiviteit en efficiëntie. Wanneer werknemers zich veilig voelen, zijn ze eerder geneigd om collaboratieve robotica te omarmen.
Wettelijke Naleving Garanderen: Veel landen hebben regelgeving en normen voor het gebruik van industriële robots. Het naleven van deze normen is essentieel voor wettelijke conformiteit en het vermijden van boetes.
Ethische Overwegingen: Naast wettelijke en praktische overwegingen is er een ethische plicht om menselijke werknemers te beschermen tegen schade. Een verantwoorde implementatie van robotica vereist dat veiligheid boven alles wordt gesteld.

Belangrijke Veiligheidsnormen en Regelgeving

Verschillende internationale normen en regels bieden richtlijnen voor het waarborgen van de veiligheid in HRI. Enkele van de belangrijkste zijn:

ISO 10218: Deze norm specificeert veiligheidseisen voor industriële robots en robotsystemen. Het behandelt verschillende gevaren, waaronder beknelling, afschuiving, botsing en verstrikking. ISO 10218-1 richt zich op het ontwerp van de robot, terwijl ISO 10218-2 zich richt op de integratie van het robotsysteem.
ISO/TS 15066: Deze technische specificatie biedt veiligheidseisen voor collaboratieve robots. Het bouwt voort op ISO 10218 en behandelt de unieke uitdagingen van het werken naast robots in gedeelde werkruimtes. Het definieert vier collaboratieve technieken: veiligheidsgeclassificeerde gemonitorde stop, handgeleiding, snelheids- en afstandsbewaking, en kracht- en vermogensbegrenzing.
ANSI/RIA R15.06: Deze Amerikaanse Nationale Standaard biedt veiligheidseisen voor industriële robots en robotsystemen. Het is vergelijkbaar met ISO 10218 en wordt veel gebruikt in Noord-Amerika.
Europese Machinerichtlijn 2006/42/EG: Deze richtlijn stelt essentiële gezondheids- en veiligheidseisen vast voor machines, inclusief industriële robots, die in de Europese Unie worden verkocht.

Deze normen bieden een kader voor het beoordelen van risico's, het implementeren van veiligheidsmaatregelen en het waarborgen dat robots veilig werken in een collaboratieve omgeving. Het is cruciaal voor bedrijven die robots inzetten om op de hoogte te zijn van en te voldoen aan de regelgeving die relevant is voor hun regio.

Risicobeoordeling in HRI

Een grondige risicobeoordeling is een fundamentele stap om de veiligheid in HRI te garanderen. Het risicobeoordelingsproces omvat het identificeren van potentiële gevaren, het evalueren van de waarschijnlijkheid en de ernst van schade, en het implementeren van beheersmaatregelen om de risico's te beperken. Belangrijke stappen in het risicobeoordelingsproces zijn:

Gevarenidentificatie: Identificeer alle potentiële gevaren die verband houden met het robotsysteem, inclusief mechanische gevaren (bijv. beknelling, afschuiving, botsing), elektrische gevaren en ergonomische gevaren.
Risicoanalyse: Evalueer de waarschijnlijkheid en ernst van elk gevaar. Dit omvat het overwegen van factoren zoals de snelheid, kracht en bewegingsbereik van de robot, evenals de frequentie en duur van menselijke interactie.
Risico-evaluatie: Bepaal of de risico's aanvaardbaar zijn of verdere beperking vereisen. Dit omvat het vergelijken van de risico's met vastgestelde risico-acceptatiecriteria.
Risicobeheersing: Implementeer beheersmaatregelen om de risico's tot een aanvaardbaar niveau te reduceren. Deze maatregelen kunnen technische controles (bijv. veiligheidsvoorzieningen, afscherming), administratieve controles (bijv. training, procedures) en persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) omvatten.
Verificatie en Validatie: Verifieer dat de beheersmaatregelen effectief zijn in het verminderen van de risico's en valideer dat het robotsysteem veilig werkt zoals bedoeld.
Documentatie: Documenteer het volledige risicobeoordelingsproces, inclusief de geïdentificeerde gevaren, de risicoanalyse, de risico-evaluatie en de geïmplementeerde beheersmaatregelen.

Voorbeeld: Een risicobeoordeling voor een cobot die wordt gebruikt in een verpakkingstoepassing kan het gevaar identificeren dat de hand van een werknemer bekneld raakt tussen de robotarm en een transportband. De risicoanalyse zou rekening houden met de snelheid en kracht van de robotarm, de nabijheid van de werknemer tot de robot en de frequentie van de taak. Beheersmaatregelen kunnen zijn: het verlagen van de snelheid van de robot, het installeren van een veiligheidslichtgordijn om de robot te stoppen als een werknemer de gevarenzone betreedt, en het verstrekken van handschoenen aan werknemers om hun handen te beschermen. Continue monitoring en herziening van de risicobeoordeling zijn belangrijk om aan te passen aan veranderingen en nieuwe potentiële gevaren.

Ontwerpen voor Veiligheid in HRI

Veiligheid moet een primaire overweging zijn tijdens het hele ontwerpproces van robotsystemen. Verschillende ontwerpprincipes kunnen de veiligheid in HRI verbeteren:

Veiligheidsgeclassificeerde Gemonitorde Stop: Deze techniek stelt de robot in staat om te blijven werken zolang een persoon wordt gedetecteerd in de collaboratieve werkruimte, maar brengt de robot tot stilstand als de persoon te dichtbij komt.
Handgeleiding: Dit stelt een operator in staat om de bewegingen van de robot fysiek te begeleiden voor het aanleren van nieuwe taken of voor het uitvoeren van taken die handmatige behendigheid vereisen. De robot beweegt alleen wanneer de operator de teach pendant vasthoudt of de arm van de robot begeleidt.
Snelheids- en Afstandsbewaking: Deze techniek bewaakt continu de afstand tussen de robot en de menselijke werknemer en past de snelheid van de robot dienovereenkomstig aan. Als de werknemer te dichtbij komt, vertraagt de robot of stopt hij volledig.
Kracht- en Vermogensbegrenzing: Dit ontwerp beperkt het vermogen en de kracht van de robot om letsel te voorkomen in geval van een botsing met een menselijke werknemer. Dit kan worden bereikt door krachtsensoren, koppelsensoren en meegaande materialen.
Ergonomisch Ontwerp: Ontwerp het robotsysteem om ergonomische gevaren te minimaliseren, zoals repetitieve bewegingen, ongemakkelijke houdingen en overmatige kracht. Dit kan helpen om musculoskeletale aandoeningen te voorkomen en het comfort van de werknemer te verbeteren.
Mens-Machine Interface (HMI): De HMI moet intuïtief en gemakkelijk te gebruiken zijn, en duidelijke en beknopte informatie geven over de status van de robot en eventuele gevaren. Het moet werknemers ook in staat stellen de robot gemakkelijk te besturen en op alarmen te reageren.
Veiligheidsvoorzieningen: Integreer veiligheidsvoorzieningen zoals lichtgordijnen, laserscanners, drukgevoelige matten en noodstopknoppen om extra beschermingslagen te bieden.
Afscherming: Gebruik fysieke barrières om te voorkomen dat werknemers de werkruimte van de robot betreden. Dit is vooral belangrijk voor risicovolle toepassingen waar de robot een aanzienlijk gevaar vormt.

Voorbeeld: Een cobot die is ontworpen voor het assembleren van elektronische componenten kan krachtsensoren in zijn end-effector hebben om de kracht die hij op de componenten kan uitoefenen te beperken. Dit voorkomt schade aan de componenten en vermindert het risico op letsel voor de werknemer. De HMI van de robot kan de uitgeoefende kracht weergeven, zodat de werknemer het proces kan monitoren en indien nodig kan ingrijpen.

Training en Opleiding

Goede training en opleiding zijn essentieel om ervoor te zorgen dat werknemers de risico's van HRI begrijpen en weten hoe ze robotsystemen veilig moeten bedienen. Trainingsprogramma's moeten onderwerpen behandelen zoals:

Robotveiligheidsprincipes en -regelgeving.
Procedures voor risicobeoordeling.
Veilige bedieningsprocedures voor het specifieke robotsysteem.
Noodstopprocedures.
Correct gebruik van veiligheidsvoorzieningen en PBM.
Probleemoplossings- en onderhoudsprocedures.
Rapportageprocedures voor ongevallen en bijna-ongevallen.

Training moet worden gegeven aan alle werknemers die met het robotsysteem zullen interageren, inclusief operators, programmeurs, onderhoudspersoneel en supervisors. Herhalingstrainingen moeten regelmatig worden gegeven om ervoor te zorgen dat werknemers op de hoogte blijven van de nieuwste veiligheidspraktijken.

Voorbeeld: Een productiebedrijf dat cobots inzet voor lastoepassingen moet zijn lassers uitgebreid trainen. De training moet onderwerpen behandelen als robotveiligheidsprincipes, risicobeoordelingsprocedures, veilige laspraktijken en het juiste gebruik van las-PBM. De training moet ook praktische oefening met de cobot omvatten onder toezicht van een gekwalificeerde instructeur.

Monitoring en Onderhoud

Regelmatige monitoring en onderhoud zijn cruciaal om ervoor te zorgen dat robotsystemen na verloop van tijd veilig blijven werken. Monitoringsactiviteiten moeten omvatten:

Regelmatige inspecties van het robotsysteem om tekenen van slijtage, schade of storingen te identificeren.
Monitoring van veiligheidsvoorzieningen om te verzekeren dat ze correct functioneren.
Regelmatige audits van veiligheidsprocedures om te verzekeren dat ze worden gevolgd.
Analyse van gegevens over ongevallen en bijna-ongevallen om trends en verbeterpunten te identificeren.

Onderhoudsactiviteiten moeten omvatten:

Regelmatige smering en reiniging van het robotsysteem.
Vervanging van versleten of beschadigde onderdelen.
Kalibratie van sensoren en actuatoren.
Updaten van software en firmware.
Verificatie en validatie van veiligheidsfuncties na onderhoudsactiviteiten.

Onderhoud moet worden uitgevoerd door gekwalificeerd personeel dat is opgeleid voor het specifieke robotsysteem. Alle onderhoudsactiviteiten moeten worden gedocumenteerd en bijgehouden.

Voorbeeld: Een logistiek bedrijf dat automatisch geleide voertuigen (AGV's) in zijn magazijn gebruikt, moet regelmatig inspecties uitvoeren van de AGV's om te verzekeren dat hun sensoren, remmen en veiligheidsvoorzieningen correct functioneren. Het bedrijf moet ook de navigatiepaden van de AGV's monitoren om potentiële gevaren te identificeren, zoals obstakels of veranderingen in de magazijnindeling.

De Rol van Technologie bij het Verbeteren van de HRI-Veiligheid

Geavanceerde technologieën spelen een steeds belangrijkere rol bij het verbeteren van de veiligheid in HRI:

Zichtsystemen: Zichtsystemen kunnen worden gebruikt om de aanwezigheid van mensen in de werkruimte van de robot te detecteren en om menselijke bewegingen te monitoren. Deze informatie kan worden gebruikt om de snelheid en het traject van de robot aan te passen of om de robot volledig te stoppen als een botsing dreigt.
Krachtsensoren: Krachtsensoren kunnen worden gebruikt om de door de robot uitgeoefende kracht te meten en de kracht tot een veilig niveau te beperken. Dit kan letsel voorkomen in geval van een botsing met een menselijke werknemer.
Nabijheidssensoren: Nabijheidssensoren kunnen worden gebruikt om de aanwezigheid van een menselijke werknemer in de buurt van de robot te detecteren en de robot te vertragen of te stoppen voordat een botsing plaatsvindt.
Kunstmatige Intelligentie (AI): AI kan worden gebruikt om de perceptie van de robot van zijn omgeving te verbeteren en om menselijke bewegingen te voorspellen. Dit stelt de robot in staat om sneller en effectiever te reageren op potentiële gevaren.
Virtual Reality (VR) en Augmented Reality (AR): VR en AR kunnen worden gebruikt om werknemers te trainen in veilige bedieningsprocedures en om potentiële gevaren te simuleren. Dit kan werknemers helpen de vaardigheden en kennis te ontwikkelen die nodig zijn om veilig met robots te werken.
Draadloze Communicatie: Draadloze communicatietechnologieën maken realtime monitoring van de prestaties en omgeving van de robot mogelijk. Dit kan afstandsbediening, diagnostiek en veiligheidsinterventies vergemakkelijken.

Voorbeeld: Een autofabrikant die robots gebruikt voor spuittoepassingen kan een zichtsysteem integreren om te detecteren wanneer een werknemer de spuitcabine betreedt. Het zichtsysteem kan de robot automatisch uitschakelen om te voorkomen dat de werknemer wordt blootgesteld aan schadelijke verfdampen. Daarnaast kunnen draagbare sensoren op de werknemer hun nabijheid tot de robot monitoren en hen via haptische feedback waarschuwen voor potentiële gevaren.

Ethische Overwegingen in HRI-Veiligheid Aanpakken

Naast technische en regelgevende aspecten zijn ethische overwegingen van vitaal belang voor de veiligheid in HRI. Deze omvatten:

Transparantie en Verklaarbaarheid: Robotsystemen moeten zo worden ontworpen dat ze transparant en verklaarbaar zijn, zodat werknemers kunnen begrijpen hoe ze werken en hoe ze beslissingen nemen. Dit kan helpen om vertrouwen in het robotsysteem op te bouwen.
Verantwoordelijkheid: Het is belangrijk om duidelijke verantwoordelijkheidslijnen vast te stellen voor de veiligheid van robotsystemen. Dit omvat het identificeren van wie verantwoordelijk is voor het ontwerpen, implementeren en onderhouden van het robotsysteem, evenals wie verantwoordelijk is voor het reageren op ongevallen en bijna-ongevallen.
Eerlijkheid en Gelijkheid: Robotsystemen moeten op een eerlijke en rechtvaardige manier voor alle werknemers worden ontworpen en ingezet. Dit betekent dat alle werknemers toegang moeten hebben tot de training en middelen die ze nodig hebben om veilig met robots te werken, en dat geen enkele werknemer onevenredig wordt blootgesteld aan risico's.
Baanverlies: Het potentieel voor baanverlies is een belangrijke ethische zorg die gepaard gaat met de inzet van robots. Bedrijven moeten de impact van robotisering op hun personeelsbestand overwegen en stappen ondernemen om eventuele negatieve gevolgen te beperken, zoals het aanbieden van omscholingsmogelijkheden voor ontslagen werknemers.
Gegevensprivacy en Beveiliging: Robotsystemen verzamelen en verwerken vaak grote hoeveelheden gegevens over menselijke werknemers. Het is belangrijk om de privacy en veiligheid van deze gegevens te beschermen en ervoor te zorgen dat deze niet op een discriminerende of schadelijke manier worden gebruikt.

Voorbeeld: Een detailhandelsbedrijf dat robots inzet voor voorraadbeheer moet transparant zijn tegenover zijn werknemers over hoe de robots werken en hoe ze worden gebruikt. Het bedrijf moet ook duidelijke verantwoordelijkheidslijnen vaststellen voor de veiligheid van de robots en stappen ondernemen om de privacy en veiligheid van de door de robots verzamelde gegevens te beschermen.

Toekomstige Trends in HRI-Veiligheid

Het veld van HRI evolueert voortdurend en er ontstaan nieuwe trends die de toekomst van HRI-veiligheid zullen vormgeven:

Geavanceerde Sensortechnologieën: Nieuwe sensortechnologieën, zoals 3D-camera's, lidar en radar, geven robots een gedetailleerder en nauwkeuriger beeld van hun omgeving. Hierdoor kunnen robots sneller en effectiever reageren op potentiële gevaren.
AI-aangedreven Veiligheidssystemen: AI wordt gebruikt om geavanceerdere veiligheidssystemen te ontwikkelen die ongevallen kunnen voorspellen en voorkomen. Deze systemen kunnen leren van eerdere incidenten en zich aanpassen aan veranderende omstandigheden.
Collaboratieve Robots als een Dienst (Cobots-as-a-Service): Cobots-as-a-Service modellen maken collaboratieve robots toegankelijker voor kleine en middelgrote ondernemingen (MKB). Dit stimuleert de adoptie van collaboratieve robotica in een breder scala van industrieën.
Mensgericht Ontwerp: Er is een groeiende nadruk op mensgericht ontwerp in HRI. Dit betekent het ontwerpen van robotsystemen die intuïtief, gemakkelijk te gebruiken en veilig zijn voor menselijke werknemers.
Standaardisatie en Certificering: Er wordt gewerkt aan de ontwikkeling van uitgebreidere normen en certificeringsprogramma's voor HRI-veiligheid. Dit zal helpen om ervoor te zorgen dat robotsystemen veilig en betrouwbaar zijn.
Digitale Tweelingen: Het creëren van digitale tweelingen van de werkruimte maakt virtuele simulatie van robotinteracties mogelijk, wat uitgebreide veiligheidstests en optimalisatie mogelijk maakt vóór fysieke implementatie.

Wereldwijde Voorbeelden van HRI-Veiligheidsimplementatie

Auto-industrie (Duitsland): Bedrijven als BMW en Volkswagen gebruiken collaboratieve robots voor assemblagetaken, waarbij ze geavanceerde sensortechnologieën en AI-aangedreven veiligheidssystemen implementeren om de veiligheid van werknemers te garanderen. Ze houden zich aan strikte Duitse en Europese veiligheidsvoorschriften.

Elektronicafabricage (Japan): Fanuc en Yaskawa, toonaangevende roboticabedrijven, richten zich op het ontwikkelen van robots met geïntegreerde veiligheidsfuncties, zoals krachtbeperkende end-effectoren en geavanceerde zichtsystemen, om veilige samenwerking in elektronica-assemblagelijnen mogelijk te maken. De sterke nadruk van Japan op kwaliteit en precisie vereist hoge veiligheidsnormen.

Logistiek en Magazijnbeheer (Verenigde Staten): Amazon en andere grote logistieke bedrijven zetten AGV's en autonome mobiele robots (AMR's) in hun magazijnen in, waarbij ze geavanceerde navigatiesystemen en nabijheidssensoren gebruiken om botsingen te voorkomen en de veiligheid van werknemers te garanderen. Ze investeren ook in trainingsprogramma's voor werknemers om veilige interactie met robots te bevorderen.

Voedselverwerking (Denemarken): Bedrijven in Denemarken gebruiken collaboratieve robots voor taken zoals verpakken en kwaliteitscontrole, waarbij ze strikte hygiëneprotocollen en veiligheidsmaatregelen implementeren om besmetting te voorkomen en de veiligheid van werknemers te garanderen. De focus van Denemarken op duurzaamheid en welzijn van werknemers zorgt voor hoge veiligheidsnormen.

Lucht- en Ruimtevaart (Frankrijk): Airbus en andere lucht- en ruimtevaartbedrijven gebruiken robots voor taken zoals boren en schilderen, waarbij ze geavanceerde veiligheidssystemen en monitoringtechnologieën implementeren om ongevallen te voorkomen en de veiligheid van werknemers te garanderen. De strenge eisen van de lucht- en ruimtevaartindustrie vereisen uitgebreide veiligheidsmaatregelen.

Conclusie

Het waarborgen van de veiligheid in Mens-Robot Interactie is niet louter een technische uitdaging, maar een veelzijdige onderneming die een holistische aanpak vereist. Van het naleven van internationale normen en het uitvoeren van grondige risicobeoordelingen tot het ontwerpen voor veiligheid, het bieden van uitgebreide training en het omarmen van technologische vooruitgang, elk aspect speelt een vitale rol bij het creëren van een veilige en productieve collaboratieve omgeving. Naarmate robots steeds meer geïntegreerd worden in de wereldwijde beroepsbevolking, zal het prioriteren van veiligheid van het grootste belang zijn voor het bevorderen van vertrouwen, het verhogen van de productiviteit en het vormgeven van een toekomst waarin mensen en robots harmonieus kunnen samenwerken.

Door deze principes te omarmen en een veiligheidscultuur te bevorderen, kunnen organisaties wereldwijd het volledige potentieel van HRI ontsluiten en tegelijkertijd het welzijn van hun personeel waarborgen. Deze proactieve aanpak beperkt niet alleen risico's, maar legt ook een fundament voor duurzame groei en innovatie in het tijdperk van collaboratieve robotica.