İnsan-Robot Etkileşimi: İşbirlikçi Bir Dünyada Güvenliği Sağlamak

İş dünyasının manzarası hızla gelişiyor ve robotlar çeşitli endüstrilere giderek daha fazla entegre oluyor. İnsan-Robot Etkileşimi (HRI) olarak bilinen bu entegrasyon, özellikle güvenlik konusunda hem büyük fırsatlar hem de potansiyel zorluklar sunmaktadır. Robotlar insanlarla yan yana çalışırken, riskleri azaltmak ve dünya çapında güvenli ve verimli bir çalışma ortamı sağlamak için sağlam güvenlik protokolleri oluşturmak çok önemlidir.

İnsan-Robot Etkileşimi (HRI) Nedir?

İnsan-Robot Etkileşimi (HRI), insanlar ve robotlar arasındaki etkileşimlerin incelenmesi ve tasarımını ifade eder. Bu etkileşimlerin fiziksel, bilişsel ve sosyal dinamikleri de dahil olmak üzere çeşitli yönlerini kapsar. İzole edilmiş kafeslerde çalışan geleneksel endüstriyel robotların aksine, işbirlikçi robotlar (cobot'lar) insanlarla paylaşılan çalışma alanlarında yakın bir şekilde çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bu işbirlikçi ortam, güvenliğe kapsamlı bir yaklaşımı zorunlu kılar.

HRI'da Güvenlik Protokollerinin Önemi

HRI'daki güvenlik protokolleri çeşitli nedenlerle çok önemlidir:

• Yaralanmaları Önlemek: Birincil amaç, insan çalışanların yaralanmasını önlemektir. Özellikle endüstriyel robotlar, önemli bir kuvvet uygulayabilir ve yüksek hızlarda hareket edebilir, bu da çarpma yaralanmaları, ezilme ve diğer tehlikeler için bir risk oluşturur.
• Verimliliği Artırmak: Güvenli bir çalışma ortamı, çalışanlar arasında güven ve itimat duygusunu teşvik ederek artan üretkenlik ve verimliliğe yol açar. Çalışanlar kendilerini güvende hissettiklerinde, işbirlikçi robotiği benimseme olasılıkları daha yüksektir.
• Yasal Uygunluğu Sağlamak: Birçok ülkenin endüstriyel robotların kullanımını düzenleyen yönetmelikleri ve standartları vardır. Bu standartlara uymak, yasal uyumluluk ve cezalardan kaçınmak için esastır.
• Etik Hususlar: Yasal ve pratik hususların ötesinde, insan çalışanları zarardan korumak için etik bir zorunluluk vardır. Robotiğin sorumlu bir şekilde uygulanması, güvenliğin her şeyden önce önceliklendirilmesini gerektirir.

Temel Güvenlik Standartları ve Yönetmelikler

Çeşitli uluslararası standartlar ve yönetmelikler, HRI'da güvenliğin sağlanması konusunda rehberlik etmektedir. En önemlilerinden bazıları şunlardır:

• ISO 10218: Bu standart, endüstriyel robotlar ve robot sistemleri için güvenlik gereksinimlerini belirtir. Ezilme, kesme, çarpma ve dolanma gibi çeşitli tehlikeleri ele alır. ISO 10218-1 robot tasarımına, ISO 10218-2 ise robot sistem entegrasyonuna odaklanır.
• ISO/TS 15066: Bu teknik şartname, işbirlikçi robotlar için güvenlik gereksinimlerini sağlar. ISO 10218'i temel alır ve robotlarla paylaşılan çalışma alanlarında çalışmanın getirdiği benzersiz zorlukları ele alır. Dört işbirlikçi tekniği tanımlar: güvenliğe göre izlenen durdurma, elle yönlendirme, hız ve mesafe izleme ve güç ve kuvvet sınırlama.
• ANSI/RIA R15.06: Bu Amerikan Ulusal Standardı, endüstriyel robotlar ve robot sistemleri için güvenlik gereksinimlerini sağlar. ISO 10218'e benzer ve Kuzey Amerika'da yaygın olarak kullanılır.
• Avrupa Makine Direktifi 2006/42/EC: Bu direktif, Avrupa Birliği'nde satılan endüstriyel robotlar da dahil olmak üzere makineler için temel sağlık ve güvenlik gereksinimlerini belirler.

Bu standartlar, riskleri değerlendirmek, güvenlik önlemlerini uygulamak ve robotların işbirlikçi bir ortamda güvenli bir şekilde çalışmasını sağlamak için bir çerçeve sunar. Robotları kullanan şirketlerin, bölgeleriyle ilgili bu yönetmeliklerden haberdar olmaları ve bunlara uymaları çok önemlidir.

HRI'da Risk Değerlendirmesi

Kapsamlı bir risk değerlendirmesi, HRI'da güvenliği sağlamanın temel bir adımıdır. Risk değerlendirme süreci, potansiyel tehlikelerin belirlenmesini, zararın olasılığının ve ciddiyetinin değerlendirilmesini ve riskleri azaltmak için kontrol önlemlerinin uygulanmasını içerir. Risk değerlendirme sürecindeki temel adımlar şunlardır:

1. Tehlike Tanımlaması: Mekanik tehlikeler (ör. ezilme, kesme, çarpma), elektriksel tehlikeler ve ergonomik tehlikeler de dahil olmak üzere robot sistemiyle ilişkili tüm potansiyel tehlikeleri belirleyin.
2. Risk Analizi: Her bir tehlikenin olasılığını ve ciddiyetini değerlendirin. Bu, robotun hızı, kuvveti ve hareket aralığı gibi faktörlerin yanı sıra insan etkileşiminin sıklığını ve süresini de dikkate almayı içerir.
3. Risk Değerlendirmesi: Risklerin kabul edilebilir olup olmadığını veya daha fazla azaltma gerektirip gerektirmediğini belirleyin. Bu, riskleri belirlenmiş risk kabul kriterleriyle karşılaştırmayı içerir.
4. Risk Kontrolü: Riskleri kabul edilebilir bir seviyeye indirmek için kontrol önlemleri uygulayın. Bu önlemler mühendislik kontrolleri (ör. güvenlik cihazları, koruyucular), idari kontroller (ör. eğitim, prosedürler) ve kişisel koruyucu donanımı (KKD) içerebilir.
5. Doğrulama ve Geçerleme: Kontrol önlemlerinin riskleri azaltmada etkili olduğunu doğrulayın ve robot sisteminin amaçlandığı gibi güvenli bir şekilde çalıştığını geçerleyin.
6. Dokümantasyon: Tanımlanan tehlikeler, risk analizi, risk değerlendirmesi ve uygulanan kontrol önlemleri de dahil olmak üzere tüm risk değerlendirme sürecini belgeleyin.

Örnek: Bir paketleme uygulamasında kullanılan bir cobot için yapılan risk değerlendirmesi, bir işçinin elinin robot kolu ile bir konveyör bant arasında sıkışma tehlikesini belirleyebilir. Risk analizi, robot kolunun hızını ve kuvvetini, işçinin robota olan yakınlığını ve görevin sıklığını dikkate alacaktır. Kontrol önlemleri arasında robotun hızını azaltmak, bir işçi tehlike bölgesine girerse robotu durdurmak için bir güvenlik ışık perdesi kurmak ve işçilere ellerini korumak için eldiven sağlamak yer alabilir. Risk değerlendirmesinin sürekli izlenmesi ve gözden geçirilmesi, değişikliklere ve yeni potansiyel tehlikelere uyum sağlamak için önemlidir.

HRI'da Güvenlik için Tasarım

Güvenlik, robot sistemlerinin tasarım süreci boyunca birincil bir husus olmalıdır. HRI'da güvenliği artırabilecek birkaç tasarım ilkesi vardır:

• Güvenliğe Göre İzlenen Durdurma: Bu teknik, bir kişi işbirlikçi çalışma alanında algılandığı sürece robotun çalışmaya devam etmesine izin verir, ancak kişi çok yaklaşırsa robotu durdurur.
• Elle Yönlendirme: Bu, bir operatörün yeni görevleri öğretmek veya el becerisi gerektiren görevleri gerçekleştirmek için robotun hareketlerini fiziksel olarak yönlendirmesine olanak tanır. Robot, yalnızca operatör öğretme kumandasını tutarken veya robotun kolunu yönlendirirken hareket eder.
• Hız ve Mesafe İzleme: Bu teknik, robot ile insan çalışan arasındaki mesafeyi sürekli olarak izler ve robotun hızını buna göre ayarlar. Çalışan çok yaklaşırsa, robot yavaşlar veya tamamen durur.
• Güç ve Kuvvet Sınırlama: Bu tasarım, bir insan çalışanla çarpışma durumunda yaralanmaları önlemek için robotun gücünü ve kuvvetini sınırlar. Bu, kuvvet sensörleri, tork sensörleri ve esnek malzemelerle sağlanabilir.
• Ergonomik Tasarım: Tekrarlayan hareketler, garip duruşlar ve aşırı güç gibi ergonomik tehlikeleri en aza indirecek şekilde robot sistemini tasarlayın. Bu, kas-iskelet sistemi bozukluklarını önlemeye ve işçi konforunu iyileştirmeye yardımcı olabilir.
• İnsan-Makine Arayüzü (HMI): HMI, robotun durumu ve potansiyel tehlikeler hakkında net ve özlü bilgiler sağlayarak sezgisel ve kullanımı kolay olmalıdır. Ayrıca, çalışanların robotu kolayca kontrol etmelerine ve alarmlara yanıt vermelerine olanak tanımalıdır.
• Güvenlik Cihazları: Işık perdeleri, lazer tarayıcılar, basınca duyarlı paspaslar ve acil durdurma düğmeleri gibi güvenlik cihazlarını ekleyerek ek koruma katmanları sağlayın.
• Koruma: Çalışanların robotun çalışma alanına girmesini önlemek için fiziksel bariyerler kullanın. Bu, robotun önemli bir tehlike oluşturduğu yüksek riskli uygulamalar için özellikle önemlidir.

Örnek: Elektronik bileşenlerin montajı için tasarlanmış bir cobot, bileşenlere uygulayabileceği kuvveti sınırlamak için uç efektörüne kuvvet sensörleri dahil edebilir. Bu, bileşenlerin zarar görmesini önler ve işçinin yaralanma riskini azaltır. Robotun HMI'si, uygulanan kuvveti görüntüleyerek işçinin süreci izlemesine ve gerekirse müdahale etmesine olanak tanıyabilir.

Eğitim ve Öğretim

Çalışanların HRI ile ilişkili riskleri anlamalarını ve robot sistemlerini güvenli bir şekilde nasıl çalıştıracaklarını bilmelerini sağlamak için uygun eğitim ve öğretim esastır. Eğitim programları aşağıdaki gibi konuları kapsamalıdır:

• Robot güvenliği ilkeleri ve yönetmelikleri.
• Risk değerlendirme prosedürleri.
• Belirli robot sistemi için güvenli çalıştırma prosedürleri.
• Acil durdurma prosedürleri.
• Güvenlik cihazlarının ve KKD'nin doğru kullanımı.
• Sorun giderme ve bakım prosedürleri.
• Kazalar ve ramak kala olaylar için raporlama prosedürleri.

Eğitim, operatörler, programcılar, bakım personeli ve denetçiler de dahil olmak üzere robot sistemiyle etkileşime girecek tüm çalışanlara verilmelidir. Çalışanların en son güvenlik uygulamaları konusunda güncel kalmalarını sağlamak için düzenli olarak tazeleme eğitimi verilmelidir.

Örnek: Kaynak uygulamaları için cobot'ları kullanan bir imalat şirketi, kaynak operatörlerine kapsamlı bir eğitim sağlamalıdır. Eğitim, robot güvenliği ilkeleri, risk değerlendirme prosedürleri, güvenli kaynak uygulamaları ve kaynak KKD'lerinin doğru kullanımı gibi konuları kapsamalıdır. Eğitim ayrıca nitelikli bir eğitmenin gözetiminde cobot ile uygulamalı alıştırmaları da içermelidir.

İzleme ve Bakım

Robot sistemlerinin zaman içinde güvenli bir şekilde çalışmaya devam etmesini sağlamak için düzenli izleme ve bakım çok önemlidir. İzleme faaliyetleri şunları içermelidir:

• Herhangi bir aşınma, hasar veya arıza belirtisini belirlemek için robot sisteminin düzenli denetimleri.
• Düzgün çalıştıklarından emin olmak için güvenlik cihazlarının izlenmesi.
• Takip edildiklerinden emin olmak için güvenlik prosedürlerinin düzenli denetimleri.
• Eğilimleri ve iyileştirme alanlarını belirlemek için kaza ve ramak kala verilerinin analizi.

Bakım faaliyetleri şunları içermelidir:

• Robot sisteminin düzenli olarak yağlanması ve temizlenmesi.
• Aşınmış veya hasarlı parçaların değiştirilmesi.
• Sensörlerin ve aktüatörlerin kalibrasyonu.
• Yazılım ve bellenimin güncellenmesi.
• Bakım faaliyetlerinden sonra güvenlik fonksiyonlarının doğrulanması ve geçerlenmesi.

Bakım, belirli robot sistemi konusunda eğitim almış nitelikli personel tarafından yapılmalıdır. Tüm bakım faaliyetleri belgelenmeli ve takip edilmelidir.

Örnek: Deposunda otomatik yönlendirmeli araçlar (AGV'ler) kullanan bir lojistik şirketi, sensörlerinin, frenlerinin ve güvenlik cihazlarının düzgün çalıştığından emin olmak için AGV'lerin düzenli denetimlerini yapmalıdır. Şirket ayrıca, engeller veya depo düzenindeki değişiklikler gibi potansiyel tehlikeleri belirlemek için AGV'lerin navigasyon yollarını da izlemelidir.

HRI Güvenliğini Artırmada Teknolojinin Rolü

Gelişmiş teknolojiler, HRI'da güvenliği artırmada giderek daha önemli bir rol oynamaktadır:

• Görüntüleme Sistemleri: Görüntüleme sistemleri, robotun çalışma alanındaki insan varlığını tespit etmek ve insan hareketlerini izlemek için kullanılabilir. Bu bilgi, robotun hızını ve yörüngesini ayarlamak veya bir çarpışma yakınsa robotu tamamen durdurmak için kullanılabilir.
• Kuvvet Sensörleri: Kuvvet sensörleri, robot tarafından uygulanan kuvveti ölçmek ve kuvveti güvenli bir seviyede sınırlamak için kullanılabilir. Bu, bir insan çalışanla çarpışma durumunda yaralanmaları önleyebilir.
• Yakınlık Sensörleri: Yakınlık sensörleri, robotun yakınında bir insan çalışanın varlığını tespit etmek ve bir çarpışma meydana gelmeden önce robotu yavaşlatmak veya durdurmak için kullanılabilir.
• Yapay Zeka (AI): AI, robotun çevresini algılamasını iyileştirmek ve insan hareketlerini tahmin etmek için kullanılabilir. Bu, robotun potansiyel tehlikelere daha hızlı ve etkili bir şekilde tepki vermesini sağlayabilir.
• Sanal Gerçeklik (VR) ve Artırılmış Gerçeklik (AR): VR ve AR, çalışanları güvenli çalıştırma prosedürleri konusunda eğitmek ve potansiyel tehlikeleri simüle etmek için kullanılabilir. Bu, çalışanların robotlarla güvenli bir şekilde çalışmak için gereken beceri ve bilgiyi geliştirmelerine yardımcı olabilir.
• Kablosuz İletişim: Kablosuz iletişim teknolojileri, robotun performansının ve çevresinin gerçek zamanlı olarak izlenmesini sağlar. Bu, uzaktan kontrolü, teşhisi ve güvenlik müdahalelerini kolaylaştırabilir.

Örnek: Boyama uygulamaları için robot kullanan bir otomotiv üreticisi, bir işçi boyama kabinine girdiğinde bunu tespit etmek için bir görüntüleme sistemi dahil edebilir. Görüntüleme sistemi, işçinin zararlı boya dumanlarına maruz kalmasını önlemek için robotu otomatik olarak kapatabilir. Ek olarak, işçinin üzerindeki giyilebilir sensörler, robota olan yakınlıklarını izleyebilir ve dokunsal geri bildirim yoluyla onları potansiyel tehlikeler konusunda uyarabilir.

HRI Güvenliğinde Etik Hususların Ele Alınması

Teknik ve düzenleyici yönlerin ötesinde, etik hususlar HRI güvenliğinde hayati önem taşır. Bunlar şunları kapsar:

• Şeffaflık ve Açıklanabilirlik: Robot sistemleri, çalışanların nasıl çalıştıklarını ve nasıl karar verdiklerini anlayabilmeleri için şeffaf ve açıklanabilir olacak şekilde tasarlanmalıdır. Bu, robot sistemine olan güveni ve itimadı artırmaya yardımcı olabilir.
• Hesap Verebilirlik: Robot sistemlerinin güvenliği için net sorumluluk hatları oluşturmak önemlidir. Bu, robot sistemini tasarlamaktan, dağıtmaktan ve bakımını yapmaktan kimin sorumlu olduğunu ve ayrıca kazalara ve ramak kala olaylara müdahale etmekten kimin sorumlu olduğunu belirlemeyi içerir.
• Adalet ve Eşitlik: Robot sistemleri, tüm çalışanlar için adil ve eşitlikçi bir şekilde tasarlanmalı ve dağıtılmalıdır. Bu, tüm çalışanların robotlarla güvenli bir şekilde çalışmak için ihtiyaç duydukları eğitim ve kaynaklara erişimini sağlamak ve hiçbir çalışanın orantısız bir şekilde risklere maruz kalmamasını sağlamak anlamına gelir.
• İş Kaybı: İş kaybı potansiyeli, robotların konuşlandırılmasıyla ilişkili önemli bir etik endişedir. Şirketler, robotizasyonun işgücü üzerindeki etkisini göz önünde bulundurmalı ve işten çıkarılan işçilere yeniden eğitim fırsatları sağlamak gibi olumsuz sonuçları azaltmak için adımlar atmalıdır.
• Veri Gizliliği ve Güvenliği: Robot sistemleri genellikle insan çalışanlar hakkında büyük miktarda veri toplar ve işler. Bu verilerin gizliliğini ve güvenliğini korumak ve ayrımcı veya zararlı bir şekilde kullanılmamasını sağlamak önemlidir.

Örnek: Envanter yönetimi için robotları kullanan bir perakende şirketi, robotların nasıl çalıştığı ve nasıl kullanıldığı konusunda çalışanlarına şeffaf olmalıdır. Şirket ayrıca robotların güvenliği için net sorumluluk hatları oluşturmalı ve robotlar tarafından toplanan verilerin gizliliğini ve güvenliğini korumak için adımlar atmalıdır.

HRI Güvenliğinde Gelecek Trendler

HRI alanı sürekli olarak gelişmekte ve HRI güvenliğinin geleceğini şekillendirecek yeni trendler ortaya çıkmaktadır:

• Gelişmiş Algılama Teknolojileri: 3D kameralar, lidar ve radar gibi yeni algılama teknolojileri, robotlara çevreleri hakkında daha ayrıntılı ve doğru bir anlayış sağlamaktadır. Bu, robotların potansiyel tehlikelere daha hızlı ve etkili bir şekilde tepki vermesini sağlamaktadır.
• Yapay Zeka Destekli Güvenlik Sistemleri: Yapay zeka, kazaları tahmin edebilen ve önleyebilen daha sofistike güvenlik sistemleri geliştirmek için kullanılmaktadır. Bu sistemler geçmiş olaylardan öğrenebilir ve değişen koşullara uyum sağlayabilir.
• Hizmet Olarak İşbirlikçi Robotlar (Cobots-as-a-Service): Hizmet Olarak Cobot modelleri, işbirlikçi robotları küçük ve orta ölçekli işletmeler (KOBİ'ler) için daha erişilebilir hale getirmektedir. Bu, daha geniş bir endüstri yelpazesinde işbirlikçi robotiğin benimsenmesini teşvik etmektedir.
• İnsan Odaklı Tasarım: HRI'da insan odaklı tasarıma artan bir vurgu vardır. Bu, insan çalışanlar için sezgisel, kullanımı kolay ve güvenli olan robot sistemleri tasarlamak anlamına gelir.
• Standardizasyon ve Sertifikasyon: HRI güvenliği için daha kapsamlı standartlar ve sertifikasyon programları geliştirme çabaları devam etmektedir. Bu, robot sistemlerinin güvenli ve güvenilir olmasını sağlamaya yardımcı olacaktır.
• Dijital İkizler: Çalışma alanının dijital ikizlerini oluşturmak, robot etkileşimlerinin sanal simülasyonuna olanak tanıyarak fiziksel dağıtımdan önce kapsamlı güvenlik testi ve optimizasyonu sağlar.

HRI Güvenlik Uygulamalarına İlişkin Küresel Örnekler

Otomotiv Endüstrisi (Almanya): BMW ve Volkswagen gibi şirketler, montaj görevleri için işbirlikçi robotlar kullanarak, işçi güvenliğini sağlamak için gelişmiş sensör teknolojileri ve yapay zeka destekli güvenlik sistemleri uygulamaktadır. Sıkı Alman ve Avrupa güvenlik yönetmeliklerine uymaktadırlar.

Elektronik Üretimi (Japonya): Lider robotik şirketleri olan Fanuc ve Yaskawa, elektronik montaj hatlarında güvenli işbirliğini sağlamak için kuvvet sınırlayıcı uç efektörler ve gelişmiş görüntüleme sistemleri gibi entegre güvenlik özelliklerine sahip robotlar geliştirmeye odaklanmaktadır. Japonya'nın kalite ve hassasiyete verdiği güçlü önem, yüksek güvenlik standartlarını gerektirmektedir.

Lojistik ve Depolama (Amerika Birleşik Devletleri): Amazon ve diğer büyük lojistik şirketleri, depolarında AGV'ler ve otonom mobil robotlar (AMR'ler) konuşlandırarak, çarpışmaları önlemek ve işçi güvenliğini sağlamak için gelişmiş navigasyon sistemleri ve yakınlık sensörleri kullanmaktadır. Ayrıca, robotlarla güvenli etkileşimi teşvik etmek için işçi eğitim programlarına yatırım yapmaktadırlar.

Gıda İşleme (Danimarka): Danimarka'daki şirketler, paketleme ve kalite kontrol gibi görevler için işbirlikçi robotlar kullanarak, kontaminasyonu önlemek ve işçi güvenliğini sağlamak için sıkı hijyen protokolleri ve güvenlik önlemleri uygulamaktadır. Danimarka'nın sürdürülebilirlik ve işçi refahına odaklanması, yüksek güvenlik standartlarını teşvik etmektedir.

Havacılık ve Uzay (Fransa): Airbus ve diğer havacılık ve uzay şirketleri, delme ve boyama gibi görevler için robotlar kullanarak, kazaları önlemek ve işçi güvenliğini sağlamak için gelişmiş güvenlik sistemleri ve izleme teknolojileri uygulamaktadır. Havacılık ve uzay endüstrisinin katı gereksinimleri, kapsamlı güvenlik önlemlerini zorunlu kılmaktadır.

Sonuç

İnsan-Robot Etkileşiminde güvenliği sağlamak yalnızca teknik bir zorluk değil, bütünsel bir yaklaşım gerektiren çok yönlü bir çabadır. Uluslararası standartlara uymaktan ve kapsamlı risk değerlendirmeleri yapmaktan, güvenlik için tasarlamaya, kapsamlı eğitim sağlamaya ve teknolojik gelişmeleri benimsemeye kadar her yön, güvenli ve verimli bir işbirlikçi ortam yaratmada hayati bir rol oynamaktadır. Robotlar küresel işgücüne giderek daha fazla entegre oldukça, güvenliğe öncelik vermek, güveni teşvik etmek, üretkenliği artırmak ve insanların ve robotların uyum içinde birlikte çalışabileceği bir geleceği şekillendirmek için çok önemli olacaktır.

Bu ilkeleri benimseyerek ve bir güvenlik kültürü geliştirerek, dünya çapındaki kuruluşlar, işgüçlerinin refahını korurken HRI'nin tam potansiyelini ortaya çıkarabilirler. Bu proaktif yaklaşım, yalnızca riskleri azaltmakla kalmaz, aynı zamanda işbirlikçi robotik çağında sürdürülebilir büyüme ve yenilik için bir temel oluşturur.