Interakcija med človekom in robotom: Zagotavljanje varnosti v sodelovalnem svetu

Svet dela se hitro spreminja, saj se roboti vse bolj vključujejo v različne industrije. Ta integracija, znana kot interakcija med človekom in robotom (HRI), prinaša tako ogromne priložnosti kot tudi potencialne izzive, zlasti na področju varnosti. Ker roboti delajo skupaj z ljudmi, je ključnega pomena vzpostaviti robustne varnostne protokole za zmanjšanje tveganj ter zagotovitev varnega in produktivnega delovnega okolja po vsem svetu.

Kaj je interakcija med človekom in robotom (HRI)?

Interakcija med človekom in robotom (HRI) se nanaša na preučevanje in oblikovanje interakcij med ljudmi in roboti. Zajema različne vidike, vključno s fizično, kognitivno in socialno dinamiko teh interakcij. V nasprotju s tradicionalnimi industrijskimi roboti, ki delujejo v izoliranih kletkah, so sodelovalni roboti (koboti) zasnovani za tesno sodelovanje z ljudmi v skupnih delovnih prostorih. To sodelovalno okolje zahteva celovit pristop k varnosti.

Pomen varnostnih protokolov v HRI

Varnostni protokoli v HRI so izjemno pomembni iz več razlogov:

• Preprečevanje poškodb: Glavni cilj je preprečiti poškodbe delavcev. Roboti, zlasti industrijski, lahko razvijejo znatno silo in se premikajo z visokimi hitrostmi, kar predstavlja tveganje za poškodbe zaradi udarcev, zmečkanin in drugih nevarnosti.
• Povečanje produktivnosti: Varno delovno okolje spodbuja zaupanje med delavci, kar vodi k večji produktivnosti in učinkovitosti. Ko se delavci počutijo varne, so bolj naklonjeni sprejemanju sodelovalne robotike.
• Zagotavljanje skladnosti s predpisi: Mnoge države imajo predpise in standarde, ki urejajo uporabo industrijskih robotov. Upoštevanje teh standardov je bistveno za zakonsko skladnost in izogibanje kaznim.
• Etični vidiki: Poleg pravnih in praktičnih vidikov obstaja etična nuja po zaščiti delavcev pred poškodbami. Odgovorno uvajanje robotike zahteva, da se varnost postavi na prvo mesto.

Ključni varnostni standardi in predpisi

Več mednarodnih standardov in predpisov zagotavlja smernice za zagotavljanje varnosti v HRI. Med najpomembnejšimi so:

• ISO 10218: Ta standard določa varnostne zahteve za industrijske robote in robotske sisteme. Obravnava različne nevarnosti, vključno z zmečkaninami, urezninami, udarci in zapletanjem. ISO 10218-1 se osredotoča na zasnovo robotov, medtem ko se ISO 10218-2 osredotoča na integracijo robotskih sistemov.
• ISO/TS 15066: Ta tehnična specifikacija določa varnostne zahteve za sodelovalne robote. Gradi na standardu ISO 10218 in obravnava edinstvene izzive dela z roboti v skupnih delovnih prostorih. Opredeljuje štiri tehnike sodelovanja: varnostno nadzorovana zaustavitev, ročno vodenje, nadzor hitrosti in razdalje ter omejevanje moči in sile.
• ANSI/RIA R15.06: Ta ameriški nacionalni standard določa varnostne zahteve za industrijske robote in robotske sisteme. Podoben je standardu ISO 10218 in se pogosto uporablja v Severni Ameriki.
• Evropska direktiva o strojih 2006/42/ES: Ta direktiva določa bistvene zdravstvene in varnostne zahteve za stroje, vključno z industrijskimi roboti, ki se prodajajo v Evropski uniji.

Ti standardi zagotavljajo okvir za ocenjevanje tveganj, izvajanje varnostnih ukrepov in zagotavljanje varnega delovanja robotov v sodelovalnem okolju. Za podjetja, ki uvajajo robote, je ključnega pomena, da poznajo in upoštevajo predpise, ki veljajo v njihovi regiji.

Ocena tveganja v HRI

Temeljita ocena tveganja je osnovni korak pri zagotavljanju varnosti v HRI. Proces ocene tveganja vključuje prepoznavanje možnih nevarnosti, ocenjevanje verjetnosti in resnosti poškodb ter izvajanje nadzornih ukrepov za zmanjšanje tveganj. Ključni koraki v procesu ocene tveganja vključujejo:

1. Identifikacija nevarnosti: Določite vse možne nevarnosti, povezane z robotskim sistemom, vključno z mehanskimi nevarnostmi (npr. zmečkanine, ureznine, udarci), električnimi nevarnostmi in ergonomskimi nevarnostmi.
2. Analiza tveganja: Ocenite verjetnost in resnost vsake nevarnosti. To vključuje upoštevanje dejavnikov, kot so hitrost, sila in obseg gibanja robota, pa tudi pogostost in trajanje interakcije z ljudmi.
3. Vrednotenje tveganja: Ugotovite, ali so tveganja sprejemljiva ali zahtevajo dodatno zmanjšanje. To vključuje primerjavo tveganj z uveljavljenimi merili za sprejemljivost tveganja.
4. Nadzor tveganja: Izvedite nadzorne ukrepe za zmanjšanje tveganj na sprejemljivo raven. Ti ukrepi lahko vključujejo tehnične kontrole (npr. varnostne naprave, varovala), administrativne kontrole (npr. usposabljanje, postopki) in osebno varovalno opremo (OVO).
5. Preverjanje in potrjevanje: Preverite, ali so nadzorni ukrepi učinkoviti pri zmanjševanju tveganj, in potrdite, da robotski sistem deluje varno, kot je predvideno.
6. Dokumentacija: Dokumentirajte celoten postopek ocene tveganja, vključno z opredeljenimi nevarnostmi, analizo tveganja, vrednotenjem tveganja in izvedenimi nadzornimi ukrepi.

Primer: Ocena tveganja za kobota, ki se uporablja pri pakiranju, lahko opredeli nevarnost, da se roka delavca stisne med robotsko roko in transportnim trakom. Analiza tveganja bi upoštevala hitrost in silo robotske roke, bližino delavca robotu in pogostost naloge. Nadzorni ukrepi bi lahko vključevali zmanjšanje hitrosti robota, namestitev varnostne svetlobne zavese, ki ustavi robota, če delavec vstopi v nevarno območje, in zagotavljanje rokavic za zaščito rok delavcev. Nenehno spremljanje in pregledovanje ocene tveganja sta pomembna za prilagajanje spremembam in novim možnim nevarnostim.

Načrtovanje za varnost v HRI

Varnost mora biti primarni vidik v celotnem procesu načrtovanja robotskih sistemov. Več načel načrtovanja lahko poveča varnost v HRI:

• Varnostno nadzorovana zaustavitev: Ta tehnika omogoča robotu, da nadaljuje z delovanjem, dokler je oseba zaznana v sodelovalnem delovnem prostoru, vendar robota ustavi, če se oseba preveč približa.
• Ročno vodenje: To operaterju omogoča, da fizično vodi gibanje robota pri učenju novih nalog ali pri opravljanju nalog, ki zahtevajo ročno spretnost. Robot se premika le, ko operater drži učno enoto ali vodi robotsko roko.
• Nadzor hitrosti in razdalje: Ta tehnika nenehno spremlja razdaljo med robotom in delavcem ter ustrezno prilagaja hitrost robota. Če se delavec preveč približa, se robot upočasni ali popolnoma ustavi.
• Omejevanje moči in sile: Ta zasnova omejuje moč in silo robota, da se preprečijo poškodbe v primeru trka z delavcem. To je mogoče doseči s senzorji sile, senzorji navora in prožnimi materiali.
• Ergonomska zasnova: Načrtujte robotski sistem tako, da zmanjšate ergonomske nevarnosti, kot so ponavljajoči se gibi, nerodni položaji in prekomerna sila. To lahko pomaga preprečiti mišično-skeletna obolenja in izboljšati udobje delavcev.
• Vmesnik človek-stroj (HMI): Vmesnik HMI mora biti intuitiven in enostaven za uporabo ter zagotavljati jasne in jedrnate informacije o stanju robota in morebitnih nevarnostih. Delavcem mora omogočiti tudi enostavno upravljanje robota in odzivanje na alarme.
• Varnostne naprave: Vključite varnostne naprave, kot so svetlobne zavese, laserski skenerji, na pritisk občutljive podloge in gumbi za zaustavitev v sili, da zagotovite dodatne plasti zaščite.
• Varovala: Uporabite fizične pregrade, da preprečite vstop delavcev v delovni prostor robota. To je še posebej pomembno pri visokotveganih aplikacijah, kjer robot predstavlja znatno nevarnost.

Primer: Kobot, zasnovan za sestavljanje elektronskih komponent, lahko v svojem končnem efektorju vključuje senzorje sile, da omeji silo, ki jo lahko uporabi na komponente. To preprečuje poškodbe komponent in zmanjšuje tveganje za poškodbe delavca. Vmesnik HMI robota bi lahko prikazoval uporabljeno silo, kar bi delavcu omogočilo spremljanje procesa in posredovanje po potrebi.

Usposabljanje in izobraževanje

Ustrezno usposabljanje in izobraževanje sta ključna za zagotovitev, da delavci razumejo tveganja, povezana s HRI, in kako varno upravljati z robotskimi sistemi. Programi usposabljanja naj bi zajemali teme, kot so:

• Načela varnosti robotov in predpisi.
• Postopki ocene tveganja.
• Varni postopki delovanja za določen robotski sistem.
• Postopki za zaustavitev v sili.
• Pravilna uporaba varnostnih naprav in osebne varovalne opreme.
• Postopki za odpravljanje napak in vzdrževanje.
• Postopki poročanja o nesrečah in skorajšnjih nesrečah.

Usposabljanje je treba zagotoviti vsem delavcem, ki bodo v interakciji z robotskim sistemom, vključno z operaterji, programerji, vzdrževalci in nadzorniki. Redno je treba zagotavljati osvežitvena usposabljanja, da se zagotovi, da so delavci seznanjeni z najnovejšimi varnostnimi praksami.

Primer: Proizvodno podjetje, ki uvaja kobote za varjenje, mora svojim varilcem zagotoviti celovito usposabljanje. Usposabljanje mora zajemati teme, kot so načela varnosti robotov, postopki ocenjevanja tveganja, varne varilne prakse in pravilna uporaba varilne osebne varovalne opreme. Usposabljanje mora vključevati tudi praktično delo s kobotom pod nadzorom usposobljenega inštruktorja.

Nadzor in vzdrževanje

Redno spremljanje in vzdrževanje sta ključnega pomena za zagotavljanje, da robotski sistemi sčasoma še naprej delujejo varno. Nadzorne dejavnosti naj bi vključevale:

• Redni pregledi robotskega sistema za odkrivanje znakov obrabe, poškodb ali okvar.
• Spremljanje varnostnih naprav za zagotovitev njihovega pravilnega delovanja.
• Redne revizije varnostnih postopkov za zagotovitev njihovega upoštevanja.
• Analiza podatkov o nesrečah in skorajšnjih nesrečah za prepoznavanje trendov in področij za izboljšave.

Vzdrževalne dejavnosti naj bi vključevale:

• Redno mazanje in čiščenje robotskega sistema.
• Zamenjava obrabljenih ali poškodovanih delov.
• Kalibracija senzorjev in aktuatorjev.
• Posodabljanje programske in strojne opreme.
• Preverjanje in potrjevanje varnostnih funkcij po vzdrževalnih dejavnostih.

Vzdrževanje naj bi izvajalo usposobljeno osebje, ki je bilo usposobljeno za določen robotski sistem. Vse vzdrževalne dejavnosti je treba dokumentirati in slediti.

Primer: Logistično podjetje, ki v svojem skladišču uporablja avtomatizirana vodena vozila (AGV), bi moralo redno izvajati preglede AGV, da zagotovi pravilno delovanje njihovih senzorjev, zavor in varnostnih naprav. Podjetje bi moralo spremljati tudi navigacijske poti AGV, da bi prepoznalo morebitne nevarnosti, kot so ovire ali spremembe v postavitvi skladišča.

Vloga tehnologije pri izboljšanju varnosti HRI

Napredne tehnologije igrajo vse pomembnejšo vlogo pri izboljšanju varnosti v HRI:

• Sistemi za vid: Sistemi za vid se lahko uporabljajo za zaznavanje prisotnosti ljudi v delovnem prostoru robota in za spremljanje gibanja ljudi. Te informacije se lahko uporabijo za prilagoditev hitrosti in poti robota ali za popolno zaustavitev robota, če je trk neizbežen.
• Senzorji sile: Senzorji sile se lahko uporabljajo za merjenje sile, ki jo izvaja robot, in za omejitev sile na varno raven. To lahko prepreči poškodbe v primeru trka z delavcem.
• Senzorji bližine: Senzorji bližine se lahko uporabljajo za zaznavanje prisotnosti delavca v bližini robota in za upočasnitev ali zaustavitev robota, preden pride do trka.
• Umetna inteligenca (UI): UI se lahko uporablja za izboljšanje zaznavanja okolja s strani robota in za napovedovanje gibanja ljudi. To lahko robotu omogoči hitrejše in učinkovitejše odzivanje na potencialne nevarnosti.
• Navidezna resničnost (VR) in razširjena resničnost (AR): VR in AR se lahko uporabljata za usposabljanje delavcev o varnih postopkih delovanja in za simulacijo potencialnih nevarnosti. To lahko delavcem pomaga razviti veščine in znanje, potrebno za varno delo z roboti.
• Brezžična komunikacija: Tehnologije brezžične komunikacije omogočajo spremljanje delovanja robota in okolja v realnem času. To lahko olajša daljinsko upravljanje, diagnostiko in varnostne intervencije.

Primer: Proizvajalec avtomobilov, ki uporablja robote za barvanje, bi lahko vključil sistem za vid, ki bi zaznal, kdaj delavec vstopi v barvno kabino. Sistem za vid bi lahko samodejno izklopil robota, da bi preprečil izpostavljenost delavca škodljivim barvnim hlapom. Poleg tega bi lahko nosljivi senzorji na delavcu spremljali njihovo bližino robotu in jih opozarjali na potencialne nevarnosti s pomočjo haptičnih povratnih informacij.

Obravnavanje etičnih vidikov pri varnosti HRI

Poleg tehničnih in regulativnih vidikov so pri varnosti HRI ključni tudi etični vidiki. Ti zajemajo:

• Transparentnost in pojasnljivost: Robotski sistemi morajo biti zasnovani tako, da so transparentni in pojasnljivi, da lahko delavci razumejo, kako delujejo in kako sprejemajo odločitve. To lahko pomaga graditi zaupanje v robotski sistem.
• Odgovornost: Pomembno je vzpostaviti jasne linije odgovornosti za varnost robotskih sistemov. To vključuje določitev, kdo je odgovoren za načrtovanje, uvajanje in vzdrževanje robotskega sistema, pa tudi, kdo je odgovoren za odzivanje na nesreče in skorajšnje nesreče.
• Pravičnost in enakost: Robotski sistemi morajo biti zasnovani in uvedeni na način, ki je pravičen in enakopraven do vseh delavcev. To pomeni zagotoviti, da imajo vsi delavci dostop do usposabljanja in virov, ki jih potrebujejo za varno delo z roboti, in da noben delavec ni nesorazmerno izpostavljen tveganjem.
• Izguba delovnih mest: Potencial za izgubo delovnih mest je pomemben etični pomislek, povezan z uvajanjem robotov. Podjetja bi morala upoštevati vpliv robotizacije na svojo delovno silo in sprejeti ukrepe za ublažitev morebitnih negativnih posledic, kot je zagotavljanje možnosti preusposabljanja za odpuščene delavce.
• Zasebnost in varnost podatkov: Robotski sistemi pogosto zbirajo in obdelujejo velike količine podatkov o delavcih. Pomembno je zaščititi zasebnost in varnost teh podatkov ter zagotoviti, da se ne uporabljajo na diskriminatoren ali škodljiv način.

Primer: Trgovsko podjetje, ki uvaja robote za upravljanje zalog, bi moralo biti do svojih zaposlenih transparentno glede delovanja in uporabe robotov. Podjetje bi moralo vzpostaviti tudi jasne linije odgovornosti za varnost robotov in sprejeti ukrepe za zaščito zasebnosti in varnosti podatkov, ki jih zbirajo roboti.

Prihodnji trendi na področju varnosti HRI

Področje HRI se nenehno razvija in pojavljajo se novi trendi, ki bodo oblikovali prihodnost varnosti HRI:

• Napredne senzorske tehnologije: Nove senzorske tehnologije, kot so 3D kamere, lidar in radar, robotom zagotavljajo podrobnejše in natančnejše razumevanje njihovega okolja. To robotom omogoča hitrejše in učinkovitejše odzivanje na potencialne nevarnosti.
• Varnostni sistemi z umetno inteligenco: UI se uporablja za razvoj naprednejših varnostnih sistemov, ki lahko napovedujejo in preprečujejo nesreče. Ti sistemi se lahko učijo iz preteklih dogodkov in se prilagajajo spreminjajočim se pogojem.
• Sodelovalni roboti kot storitev (Cobots-as-a-Service): Modeli sodelovalnih robotov kot storitve omogočajo dostopnost sodelovalnih robotov malim in srednje velikim podjetjem (MSP). To spodbuja sprejetje sodelovalne robotike v širšem krogu industrij.
• Na človeka osredotočeno oblikovanje: V HRI je vse večji poudarek na oblikovanju, osredotočenem na človeka. To pomeni oblikovanje robotskih sistemov, ki so intuitivni, enostavni za uporabo in varni za delavce.
• Standardizacija in certificiranje: Potekajo prizadevanja za razvoj celovitejših standardov in certifikacijskih programov za varnost HRI. To bo pomagalo zagotoviti, da so robotski sistemi varni in zanesljivi.
• Digitalni dvojčki: Ustvarjanje digitalnih dvojčkov delovnega prostora omogoča virtualno simulacijo interakcij z roboti, kar omogoča celovito testiranje varnosti in optimizacijo pred fizično uvedbo.

Globalni primeri izvajanja varnosti HRI

Avtomobilska industrija (Nemčija): Podjetja, kot sta BMW in Volkswagen, uporabljajo sodelovalne robote za montažne naloge, pri čemer uvajajo napredne senzorske tehnologije in varnostne sisteme z umetno inteligenco za zagotavljanje varnosti delavcev. Upoštevajo stroge nemške in evropske varnostne predpise.

Proizvodnja elektronike (Japonska): Fanuc in Yaskawa, vodilni podjetji na področju robotike, se osredotočata na razvoj robotov z integriranimi varnostnimi funkcijami, kot so končni efektorji z omejevanjem sile in napredni sistemi za vid, da omogočita varno sodelovanje na montažnih linijah elektronike. Močan poudarek Japonske na kakovosti in natančnosti zahteva visoke varnostne standarde.

Logistika in skladiščenje (Združene države): Amazon in druga velika logistična podjetja v svojih skladiščih uvajajo avtomatizirana vodena vozila (AGV) in avtonomne mobilne robote (AMR), pri čemer uporabljajo napredne navigacijske sisteme in senzorje bližine za preprečevanje trkov in zagotavljanje varnosti delavcev. Vlagajo tudi v programe usposabljanja delavcev za spodbujanje varne interakcije z roboti.

Predelava hrane (Danska): Podjetja na Danskem uporabljajo sodelovalne robote za naloge, kot sta pakiranje in kontrola kakovosti, pri čemer izvajajo stroge higienske protokole in varnostne ukrepe za preprečevanje kontaminacije in zagotavljanje varnosti delavcev. Poudarek Danske na trajnosti in dobrem počutju delavcev spodbuja visoke varnostne standarde.

Letalska in vesoljska industrija (Francija): Airbus in druga letalska podjetja uporabljajo robote za naloge, kot sta vrtanje in barvanje, pri čemer uvajajo napredne varnostne sisteme in nadzorne tehnologije za preprečevanje nesreč in zagotavljanje varnosti delavcev. Stroge zahteve letalske industrije zahtevajo celovite varnostne ukrepe.

Zaključek

Zagotavljanje varnosti pri interakciji med človekom in robotom ni zgolj tehnični izziv, temveč večplasten podvig, ki zahteva celosten pristop. Od upoštevanja mednarodnih standardov in izvajanja temeljitih ocen tveganja do načrtovanja za varnost, zagotavljanja celovitega usposabljanja in sprejemanja tehnološkega napredka, vsak vidik igra ključno vlogo pri ustvarjanju varnega in produktivnega sodelovalnega okolja. Ker se roboti vse bolj vključujejo v globalno delovno silo, bo dajanje prednosti varnosti ključnega pomena za spodbujanje zaupanja, povečanje produktivnosti in oblikovanje prihodnosti, v kateri bodo ljudje in roboti lahko harmonično sodelovali.

S sprejetjem teh načel in spodbujanjem kulture varnosti lahko organizacije po vsem svetu sprostijo polni potencial HRI, hkrati pa varujejo dobrobit svoje delovne sile. Ta proaktivni pristop ne le zmanjšuje tveganja, ampak tudi gradi temelje za trajnostno rast in inovacije v dobi sodelovalne robotike.