Menneske-Robot Interaksjon: Sikring av trygghet i en samarbeidende verden

Arbeidslivet er i rask endring, der roboter blir stadig mer integrert i ulike bransjer. Denne integrasjonen, kjent som Menneske-Robot Interaksjon (HRI), byr på både enorme muligheter og potensielle utfordringer, spesielt når det gjelder sikkerhet. Ettersom roboter jobber side om side med mennesker, er det avgjørende å etablere robuste sikkerhetsprotokoller for å redusere risiko og sikre et trygt og produktivt arbeidsmiljø globalt.

Hva er Menneske-Robot Interaksjon (HRI)?

Menneske-Robot Interaksjon (HRI) refererer til studiet og designet av interaksjoner mellom mennesker og roboter. Det omfatter ulike aspekter, inkludert de fysiske, kognitive og sosiale dynamikkene i disse interaksjonene. I motsetning til tradisjonelle industriroboter som opererer i isolerte bur, er samarbeidende roboter (coboter) designet for å jobbe tett med mennesker i delte arbeidsområder. Dette samarbeidsmiljøet krever en helhetlig tilnærming til sikkerhet.

Viktigheten av sikkerhetsprotokoller i HRI

Sikkerhetsprotokoller i HRI er avgjørende av flere grunner:

Forebygge skader: Det primære målet er å forhindre skader på menneskelige arbeidere. Roboter, spesielt industrielle, kan utøve betydelig kraft og bevege seg i høye hastigheter, noe som utgjør en risiko for sammenstøt, klemming og andre farer.
Øke produktiviteten: Et trygt arbeidsmiljø fremmer tillit og selvtillit blant arbeidere, noe som fører til økt produktivitet og effektivitet. Når arbeidere føler seg trygge, er det mer sannsynlig at de omfavner samarbeidende robotikk.
Sikre overholdelse av regelverk: Mange land har forskrifter og standarder som regulerer bruken av industriroboter. Å overholde disse standardene er avgjørende for juridisk samsvar og for å unngå straff.
Etiske hensyn: Utover juridiske og praktiske hensyn, er det et etisk imperativ å beskytte menneskelige arbeidere mot skade. Ansvarlig implementering av robotikk krever at sikkerhet prioriteres over alt annet.

Sentrale sikkerhetsstandarder og forskrifter

Flere internasjonale standarder og forskrifter gir veiledning for å sikre sikkerheten i HRI. Noen av de viktigste inkluderer:

ISO 10218: Denne standarden spesifiserer sikkerhetskrav for industriroboter og robotsystemer. Den tar for seg ulike farer, inkludert klemming, klipping, sammenstøt og fasthekting. ISO 10218-1 fokuserer på robotdesign, mens ISO 10218-2 fokuserer på integrering av robotsystemer.
ISO/TS 15066: Denne tekniske spesifikasjonen gir sikkerhetskrav for samarbeidende roboter. Den bygger på ISO 10218 og tar for seg de unike utfordringene med å jobbe sammen med roboter i delte arbeidsområder. Den definerer fire samarbeidsteknikker: sikkerhetsvurdert overvåket stopp, håndguiding, hastighets- og avstandsovervåking, og kraft- og styrkebegrensning.
ANSI/RIA R15.06: Denne amerikanske nasjonale standarden gir sikkerhetskrav for industriroboter og robotsystemer. Den ligner på ISO 10218 og er mye brukt i Nord-Amerika.
EUs maskindirektiv 2006/42/EC: Dette direktivet fastsetter essensielle helse- og sikkerhetskrav for maskineri, inkludert industriroboter, som selges i Den europeiske union.

Disse standardene gir et rammeverk for å vurdere risiko, implementere sikkerhetstiltak og sikre at roboter opererer trygt i et samarbeidsmiljø. Det er avgjørende for selskaper som tar i bruk roboter å være klar over og overholde disse forskriftene som er relevante for deres region.

Risikovurdering i HRI

En grundig risikovurdering er et fundamentalt skritt for å sikre trygghet i HRI. Risikovurderingsprosessen innebærer å identifisere potensielle farer, evaluere sannsynligheten for og alvorlighetsgraden av skade, og implementere kontrolltiltak for å redusere risikoen. Sentrale trinn i risikovurderingsprosessen inkluderer:

Fareidentifikasjon: Identifiser alle potensielle farer knyttet til robotsystemet, inkludert mekaniske farer (f.eks. klemming, klipping, sammenstøt), elektriske farer og ergonomiske farer.
Risikoanalyse: Evaluer sannsynligheten for og alvorlighetsgraden av hver fare. Dette innebærer å vurdere faktorer som robotens hastighet, kraft og bevegelsesområde, samt frekvensen og varigheten av menneskelig interaksjon.
Risikoevaluering: Bestem om risikoene er akseptable eller krever ytterligere reduksjon. Dette innebærer å sammenligne risikoene med etablerte kriterier for riskoaksept.
Risikokontroll: Implementer kontrolltiltak for å redusere risikoene til et akseptabelt nivå. Disse tiltakene kan inkludere tekniske kontroller (f.eks. sikkerhetsanordninger, vern), administrative kontroller (f.eks. opplæring, prosedyrer) og personlig verneutstyr (PVU).
Verifisering og validering: Verifiser at kontrolltiltakene er effektive for å redusere risikoene og valider at robotsystemet fungerer trygt som tiltenkt.
Dokumentasjon: Dokumenter hele risikovurderingsprosessen, inkludert de identifiserte farene, risikoanalysen, risikoevalueringen og de implementerte kontrolltiltakene.

Eksempel: En risikovurdering for en cobot som brukes i en pakkeapplikasjon kan identifisere faren for at en arbeiders hånd blir klemt mellom robotarmen og et transportbånd. Risikoanalysen vil vurdere hastigheten og kraften til robotarmen, arbeiderens nærhet til roboten, og hyppigheten av oppgaven. Kontrolltiltak kan inkludere å redusere robotens hastighet, installere en sikkerhetslysgardin for å stoppe roboten hvis en arbeider kommer inn i faresonen, og gi arbeiderne hansker for å beskytte hendene. Kontinuerlig overvåking og gjennomgang av risikovurderingen er viktig for å tilpasse seg endringer og nye potensielle farer.

Design for sikkerhet i HRI

Sikkerhet bør være et primært hensyn gjennom hele designprosessen for robotsystemer. Flere designprinsipper kan forbedre sikkerheten i HRI:

Sikkerhetsvurdert overvåket stopp: Denne teknikken lar roboten fortsette å operere så lenge en person blir oppdaget innenfor det samarbeidende arbeidsområdet, men stopper roboten hvis personen kommer for nær.
Håndguiding: Dette gjør at en operatør fysisk kan guide robotens bevegelser for å lære nye oppgaver eller for å utføre oppgaver som krever manuell fingerferdighet. Roboten beveger seg bare når operatøren holder i læringspanelet eller guider robotens arm.
Hastighets- og avstandsovervåking: Denne teknikken overvåker kontinuerlig avstanden mellom roboten og den menneskelige arbeideren og justerer robotens hastighet deretter. Hvis arbeideren kommer for nær, bremser roboten ned eller stopper helt.
Kraft- og styrkebegrensning: Dette designet begrenser robotens kraft og styrke for å forhindre skader i tilfelle en kollisjon med en menneskelig arbeider. Dette kan oppnås gjennom kraftsensorer, momentsensorer og ettergivende materialer.
Ergonomisk design: Design robotsystemet for å minimere ergonomiske farer, som repeterende bevegelser, uheldige arbeidsstillinger og overdreven kraftbruk. Dette kan bidra til å forhindre muskel- og skjelettlidelser og forbedre arbeiderens komfort.
Menneske-maskin-grensesnitt (HMI): HMI-en skal være intuitiv og enkel å bruke, og gi klar og konsis informasjon om robotens status og eventuelle farer. Den skal også la arbeidere enkelt kontrollere roboten og respondere på alarmer.
Sikkerhetsanordninger: Inkluder sikkerhetsanordninger som lysgardiner, laserskannere, trykkfølsomme matter og nødstoppknapper for å gi ekstra beskyttelseslag.
Vern: Bruk fysiske barrierer for å hindre arbeidere i å komme inn i robotens arbeidsområde. Dette er spesielt viktig for høyrisikoapplikasjoner der roboten utgjør en betydelig fare.

Eksempel: En cobot designet for å montere elektroniske komponenter kan ha kraftsensorer i endeeffektoren for å begrense kraften den kan utøve på komponentene. Dette forhindrer skade på komponentene og reduserer risikoen for skade på arbeideren. Robotens HMI kan vise kraften som påføres, slik at arbeideren kan overvåke prosessen og gripe inn om nødvendig.

Opplæring og utdanning

Riktig opplæring og utdanning er avgjørende for å sikre at arbeidere forstår risikoene forbundet med HRI og hvordan man betjener robotsystemer trygt. Opplæringsprogrammer bør dekke emner som:

Prinsipper og forskrifter for robotsikkerhet.
Prosedyrer for risikovurdering.
Sikre driftsprosedyrer for det spesifikke robotsystemet.
Nødstopp-prosedyrer.
Riktig bruk av sikkerhetsanordninger og PVU.
Feilsøkings- og vedlikeholdsprosedyrer.
Rapporteringsprosedyrer for ulykker og nestenulykker.

Opplæring bør gis til alle arbeidere som skal interagere med robotsystemet, inkludert operatører, programmerere, vedlikeholdspersonell og veiledere. Gjenoppfriskningsopplæring bør gis regelmessig for å sikre at arbeiderne holder seg oppdatert på de nyeste sikkerhetspraksisene.

Eksempel: En produksjonsbedrift som tar i bruk coboter for sveiseapplikasjoner, bør gi omfattende opplæring til sine sveiseoperatører. Opplæringen bør dekke emner som prinsipper for robotsikkerhet, prosedyrer for risikovurdering, sikre sveisepraksiser og riktig bruk av sveise-PVU. Opplæringen bør også inkludere praktisk øvelse med coboten under tilsyn av en kvalifisert instruktør.

Overvåking og vedlikehold

Regelmessig overvåking og vedlikehold er avgjørende for å sikre at robotsystemer fortsetter å fungere trygt over tid. Overvåkingsaktiviteter bør inkludere:

Regelmessige inspeksjoner av robotsystemet for å identifisere tegn på slitasje, skade eller funksjonsfeil.
Overvåking av sikkerhetsanordninger for å sikre at de fungerer som de skal.
Regelmessige revisjoner av sikkerhetsprosedyrer for å sikre at de følges.
Analyse av data fra ulykker og nestenulykker for å identifisere trender og forbedringsområder.

Vedlikeholdsaktiviteter bør inkludere:

Regelmessig smøring og rengjøring av robotsystemet.
Utskifting av slitte eller skadede deler.
Kalibrering av sensorer og aktuatorer.
Oppdatering av programvare og fastvare.
Verifisering og validering av sikkerhetsfunksjoner etter vedlikeholdsaktiviteter.

Vedlikehold bør utføres av kvalifisert personell som har fått opplæring på det spesifikke robotsystemet. Alle vedlikeholdsaktiviteter bør dokumenteres og spores.

Eksempel: Et logistikkselskap som bruker automatiserte guidede kjøretøy (AGV-er) på lageret sitt, bør gjennomføre regelmessige inspeksjoner av AGV-ene for å sikre at sensorene, bremsene og sikkerhetsanordningene deres fungerer som de skal. Selskapet bør også overvåke AGV-enes navigasjonsruter for å identifisere eventuelle farer, som hindringer eller endringer i lagerets layout.

Teknologiens rolle i å forbedre HRI-sikkerhet

Avanserte teknologier spiller en stadig viktigere rolle i å forbedre sikkerheten i HRI:

Visjonssystemer: Visjonssystemer kan brukes til å oppdage menneskelig tilstedeværelse i robotens arbeidsområde og til å overvåke menneskelige bevegelser. Denne informasjonen kan brukes til å justere robotens hastighet og bane eller til å stoppe roboten helt hvis en kollisjon er nært forestående.
Kraftsensorer: Kraftsensorer kan brukes til å måle kraften som utøves av roboten og til å begrense kraften til et trygt nivå. Dette kan forhindre skader i tilfelle en kollisjon med en menneskelig arbeider.
Nærhetssensorer: Nærhetssensorer kan brukes til å oppdage tilstedeværelsen av en menneskelig arbeider nær roboten og til å bremse ned eller stoppe roboten før en kollisjon skjer.
Kunstig intelligens (AI): AI kan brukes til å forbedre robotens oppfatning av omgivelsene og til å forutsi menneskelige bevegelser. Dette kan gjøre det mulig for roboten å reagere raskere og mer effektivt på potensielle farer.
Virtuell virkelighet (VR) og utvidet virkelighet (AR): VR og AR kan brukes til å trene arbeidere i sikre driftsprosedyrer og til å simulere potensielle farer. Dette kan hjelpe arbeidere med å utvikle ferdighetene og kunnskapen som trengs for å jobbe trygt med roboter.
Trådløs kommunikasjon: Trådløse kommunikasjonsteknologier muliggjør sanntidsovervåking av robotens ytelse og omgivelser. Dette kan lette fjernkontroll, diagnostikk og sikkerhetsinngrep.

Eksempel: En bilprodusent som bruker roboter til lakkering, kan integrere et visjonssystem for å oppdage når en arbeider går inn i lakkboksen. Visjonssystemet kan automatisk slå av roboten for å forhindre at arbeideren blir utsatt for skadelige lakkdamper. I tillegg kan bærbare sensorer på arbeideren overvåke deres nærhet til roboten og varsle dem om potensielle farer gjennom haptisk tilbakemelding.

Håndtering av etiske hensyn i HRI-sikkerhet

Utover tekniske og regulatoriske aspekter, er etiske hensyn avgjørende for HRI-sikkerhet. Disse omfatter:

Åpenhet og forklarbarhet: Robotsystemer bør være designet for å være transparente og forklarlige, slik at arbeidere kan forstå hvordan de fungerer og hvordan de tar beslutninger. Dette kan bidra til å bygge tillit til robotsystemet.
Ansvarlighet: Det er viktig å etablere klare ansvarslinjer for sikkerheten til robotsystemer. Dette inkluderer å identifisere hvem som er ansvarlig for å designe, implementere og vedlikeholde robotsystemet, samt hvem som er ansvarlig for å respondere på ulykker og nestenulykker.
Rettferdighet og likeverd: Robotsystemer bør designes og implementeres på en måte som er rettferdig og likeverdig for alle arbeidere. Dette betyr å sikre at alle arbeidere har tilgang til opplæringen og ressursene de trenger for å jobbe trygt med roboter, og at ingen arbeidere blir uforholdsmessig utsatt for risiko.
Jobbforskyvning: Potensialet for jobbforskyvning er en betydelig etisk bekymring knyttet til implementeringen av roboter. Bedrifter bør vurdere virkningen av robotisering på arbeidsstyrken og iverksette tiltak for å dempe eventuelle negative konsekvenser, som å tilby omskoleringsmuligheter for fordrevne arbeidere.
Datapersonvern og sikkerhet: Robotsystemer samler og behandler ofte store mengder data om menneskelige arbeidere. Det er viktig å beskytte personvernet og sikkerheten til disse dataene og å sikre at de ikke brukes på en måte som er diskriminerende eller skadelig.

Eksempel: Et detaljhandelsselskap som tar i bruk roboter for lagerstyring, bør være åpen med sine ansatte om hvordan robotene fungerer og hvordan de brukes. Selskapet bør også etablere klare ansvarslinjer for sikkerheten til robotene og iverksette tiltak for å beskytte personvernet og sikkerheten til dataene som samles inn av robotene.

Fremtidige trender innen HRI-sikkerhet

Feltet HRI er i konstant utvikling, og nye trender dukker opp som vil forme fremtiden for HRI-sikkerhet:

Avanserte sensorteknologier: Nye sensorteknologier, som 3D-kameraer, lidar og radar, gir roboter en mer detaljert og nøyaktig forståelse av omgivelsene. Dette gjør det mulig for roboter å reagere raskere og mer effektivt på potensielle farer.
AI-drevne sikkerhetssystemer: AI brukes til å utvikle mer sofistikerte sikkerhetssystemer som kan forutsi og forhindre ulykker. Disse systemene kan lære av tidligere hendelser og tilpasse seg endrede forhold.
Samarbeidende roboter som en tjeneste (Cobots-as-a-Service): Cobots-as-a-Service-modeller gjør samarbeidende roboter mer tilgjengelige for små og mellomstore bedrifter (SMB). Dette driver adopsjonen av samarbeidende robotikk i et bredere spekter av bransjer.
Menneskesentrert design: Det er en økende vekt på menneskesentrert design i HRI. Dette betyr å designe robotsystemer som er intuitive, enkle å bruke og trygge for menneskelige arbeidere.
Standardisering og sertifisering: Det pågår arbeid med å utvikle mer omfattende standarder og sertifiseringsprogrammer for HRI-sikkerhet. Dette vil bidra til å sikre at robotsystemer er trygge og pålitelige.
Digitale tvillinger: Å skape digitale tvillinger av arbeidsområdet muliggjør virtuell simulering av robotinteraksjoner, noe som gir mulighet for omfattende sikkerhetstesting og optimalisering før fysisk implementering.

Globale eksempler på implementering av HRI-sikkerhet

Bilindustrien (Tyskland): Selskaper som BMW og Volkswagen bruker samarbeidende roboter til monteringsoppgaver, og implementerer avanserte sensorteknologier og AI-drevne sikkerhetssystemer for å sikre arbeidernes sikkerhet. De overholder strenge tyske og europeiske sikkerhetsforskrifter.

Elektronikkproduksjon (Japan): Fanuc og Yaskawa, ledende robotikkselskaper, fokuserer på å utvikle roboter med integrerte sikkerhetsfunksjoner, som kraftbegrensende endeeffektorer og avanserte visjonssystemer, for å muliggjøre trygt samarbeid i monteringslinjer for elektronikk. Japans sterke vekt på kvalitet og presisjon krever høye sikkerhetsstandarder.

Logistikk og lagerhold (USA): Amazon og andre store logistikkselskaper tar i bruk AGV-er og autonome mobile roboter (AMR-er) på sine lagre, og bruker avanserte navigasjonssystemer og nærhetssensorer for å forhindre kollisjoner og sikre arbeidernes sikkerhet. De investerer også i opplæringsprogrammer for arbeidere for å fremme trygg interaksjon med roboter.

Matvareforedling (Danmark): Selskaper i Danmark bruker samarbeidende roboter til oppgaver som pakking og kvalitetskontroll, og implementerer strenge hygieneprotokoller og sikkerhetstiltak for å forhindre forurensning og sikre arbeidernes sikkerhet. Danmarks fokus på bærekraft og arbeidernes velvære driver høye sikkerhetsstandarder.

Luftfart (Frankrike): Airbus og andre luftfartsselskaper bruker roboter til oppgaver som boring og lakkering, og implementerer avanserte sikkerhetssystemer og overvåkingsteknologier for å forhindre ulykker og sikre arbeidernes sikkerhet. De strenge kravene i luftfartsindustrien krever omfattende sikkerhetstiltak.

Konklusjon

Å sikre trygghet i Menneske-Robot Interaksjon er ikke bare en teknisk utfordring, men et mangesidig foretak som krever en helhetlig tilnærming. Fra å overholde internasjonale standarder og gjennomføre grundige risikovurderinger til å designe for sikkerhet, tilby omfattende opplæring og omfavne teknologiske fremskritt, spiller alle aspekter en avgjørende rolle i å skape et trygt og produktivt samarbeidsmiljø. Ettersom roboter blir stadig mer integrert i den globale arbeidsstyrken, vil prioritering av sikkerhet være avgjørende for å fremme tillit, øke produktiviteten og forme en fremtid der mennesker og roboter kan jobbe harmonisk sammen.

Ved å omfavne disse prinsippene og fremme en sikkerhetskultur, kan organisasjoner over hele verden frigjøre det fulle potensialet i HRI samtidig som de ivaretar velferden til sin arbeidsstyrke. Denne proaktive tilnærmingen reduserer ikke bare risiko, men bygger også et fundament for bærekraftig vekst og innovasjon i en tidsalder med samarbeidende robotikk.