Взаємодія людини і робота: гарантування безпеки у світі співпраці

Ринок праці швидко змінюється, і роботи все більше інтегруються в різні галузі промисловості. Ця інтеграція, відома як взаємодія людини та робота (Human-Robot Interaction, HRI), відкриває величезні можливості та водночас створює потенційні виклики, особливо в аспекті безпеки. Оскільки роботи працюють пліч-о-пліч з людьми, вкрай важливо встановити надійні протоколи безпеки для мінімізації ризиків та забезпечення безпечного та продуктивного робочого середовища в усьому світі.

Що таке взаємодія людини та робота (HRI)?

Взаємодія людини та робота (HRI) — це вивчення та проєктування взаємодій між людьми та роботами. Вона охоплює різні аспекти, включаючи фізичну, когнітивну та соціальну динаміку цих взаємодій. На відміну від традиційних промислових роботів, які працюють в ізольованих клітках, колаборативні роботи (коботи) призначені для тісної співпраці з людьми у спільних робочих просторах. Таке середовище співпраці вимагає комплексного підходу до безпеки.

Важливість протоколів безпеки в HRI

Протоколи безпеки в HRI є надзвичайно важливими з кількох причин:

Запобігання травмам: Основна мета — запобігти травмуванню працівників-людей. Роботи, особливо промислові, можуть застосовувати значну силу та рухатися з високою швидкістю, що створює ризик ударів, защемлення та інших небезпек.
Підвищення продуктивності: Безпечне робоче середовище сприяє довірі та впевненості серед працівників, що призводить до підвищення продуктивності та ефективності. Коли працівники почуваються в безпеці, вони охочіше приймають колаборативну робототехніку.
Забезпечення відповідності нормативним вимогам: У багатьох країнах існують норми та стандарти, що регулюють використання промислових роботів. Дотримання цих стандартів є важливим для юридичної відповідності та уникнення штрафів.
Етичні міркування: Крім юридичних та практичних аспектів, існує етичний імператив захищати працівників-людей від шкоди. Відповідальне впровадження робототехніки вимагає пріоритету безпеки над усім іншим.

Ключові стандарти та норми безпеки

Кілька міжнародних стандартів та норм надають рекомендації щодо забезпечення безпеки в HRI. Деякі з найважливіших включають:

ISO 10218: Цей стандарт визначає вимоги безпеки для промислових роботів та роботизованих систем. Він охоплює різні небезпеки, включаючи защемлення, порізи, удари та затягування. ISO 10218-1 зосереджений на конструкції робота, тоді як ISO 10218-2 — на інтеграції роботизованих систем.
ISO/TS 15066: Ця технічна специфікація містить вимоги безпеки для колаборативних роботів. Вона базується на ISO 10218 і розглядає унікальні виклики роботи пліч-о-пліч з роботами у спільних робочих просторах. Вона визначає чотири методи співпраці: зупинка під контролем безпеки, ручне керування, моніторинг швидкості та відстані, а також обмеження потужності та сили.
ANSI/RIA R15.06: Цей Американський національний стандарт встановлює вимоги безпеки для промислових роботів та роботизованих систем. Він схожий на ISO 10218 і широко використовується в Північній Америці.
Європейська директива про машини 2006/42/EC: Ця директива встановлює основні вимоги до охорони здоров'я та безпеки для машин, включаючи промислових роботів, що продаються в Європейському Союзі.

Ці стандарти створюють основу для оцінки ризиків, впровадження заходів безпеки та забезпечення безпечної роботи роботів у середовищі співпраці. Для компаній, що впроваджують роботів, вкрай важливо знати та дотримуватися цих норм, актуальних для їхнього регіону.

Оцінка ризиків у HRI

Ретельна оцінка ризиків є фундаментальним кроком у забезпеченні безпеки в HRI. Процес оцінки ризиків включає виявлення потенційних небезпек, оцінку ймовірності та тяжкості шкоди, а також впровадження заходів контролю для мінімізації ризиків. Ключові етапи процесу оцінки ризиків включають:

Ідентифікація небезпек: Виявлення всіх потенційних небезпек, пов'язаних з роботизованою системою, включаючи механічні небезпеки (наприклад, защемлення, порізи, удари), електричні небезпеки та ергономічні небезпеки.
Аналіз ризиків: Оцінка ймовірності та тяжкості кожної небезпеки. Це включає врахування таких факторів, як швидкість, сила та діапазон рухів робота, а також частота та тривалість взаємодії з людиною.
Оцінка ризиків: Визначення, чи є ризики прийнятними, чи потребують подальшої мінімізації. Це передбачає порівняння ризиків із встановленими критеріями прийнятності ризиків.
Контроль ризиків: Впровадження заходів контролю для зниження ризиків до прийнятного рівня. Ці заходи можуть включати інженерні засоби контролю (наприклад, пристрої безпеки, огородження), адміністративні заходи (наприклад, навчання, процедури) та засоби індивідуального захисту (ЗІЗ).
Верифікація та валідація: Перевірка ефективності заходів контролю у зниженні ризиків та підтвердження того, що роботизована система працює безпечно, як і було задумано.
Документація: Документування всього процесу оцінки ризиків, включаючи виявлені небезпеки, аналіз ризиків, оцінку ризиків та впроваджені заходи контролю.

Приклад: Оцінка ризиків для кобота, що використовується для пакування, може виявити небезпеку защемлення руки працівника між маніпулятором робота та конвеєрною стрічкою. Аналіз ризиків враховуватиме швидкість і силу маніпулятора робота, близькість працівника до робота та частоту виконання завдання. Заходи контролю можуть включати зниження швидкості робота, встановлення світлової завіси безпеки для зупинки робота, якщо працівник заходить у небезпечну зону, та надання працівникам рукавичок для захисту рук. Постійний моніторинг та перегляд оцінки ризиків важливі для адаптації до змін та нових потенційних небезпек.

Проєктування з урахуванням безпеки в HRI

Безпека повинна бути першочерговим consideration протягом усього процесу проєктування роботизованих систем. Кілька принципів проєктування можуть підвищити безпеку в HRI:

Зупинка під контролем безпеки: Цей метод дозволяє роботу продовжувати працювати, поки людина знаходиться у спільному робочому просторі, але зупиняє робота, якщо людина підходить занадто близько.
Ручне керування: Це дозволяє оператору фізично направляти рухи робота для навчання новим завданням або для виконання завдань, що вимагають ручної спритності. Робот рухається лише тоді, коли оператор тримає пульт навчання або направляє маніпулятор робота.
Моніторинг швидкості та відстані: Цей метод безперервно відстежує відстань між роботом і працівником-людиною та відповідно регулює швидкість робота. Якщо працівник підходить занадто близько, робот сповільнюється або повністю зупиняється.
Обмеження потужності та сили: Ця конструктивна особливість обмежує потужність і силу робота для запобігання травмам у разі зіткнення з працівником-людиною. Це може бути досягнуто за допомогою датчиків сили, датчиків крутного моменту та еластичних матеріалів.
Ергономічний дизайн: Проєктування роботизованої системи для мінімізації ергономічних небезпек, таких як повторювані рухи, незручні пози та надмірні зусилля. Це може допомогти запобігти захворюванням опорно-рухового апарату та покращити комфорт працівників.
Людино-машинний інтерфейс (HMI): HMI має бути інтуїтивно зрозумілим і простим у використанні, надаючи чітку та стислу інформацію про стан робота та будь-які потенційні небезпеки. Він також повинен дозволяти працівникам легко керувати роботом та реагувати на сигнали тривоги.
Пристрої безпеки: Включення таких пристроїв безпеки, як світлові завіси, лазерні сканери, чутливі до тиску килимки та кнопки аварійної зупинки, для забезпечення додаткових рівнів захисту.
Огородження: Використання фізичних бар'єрів для запобігання входу працівників у робочий простір робота. Це особливо важливо для застосувань з високим ризиком, де робот становить значну небезпеку.

Приклад: Кобот, призначений для складання електронних компонентів, може мати датчики сили в кінцевому захоплювачі для обмеження сили, яку він може прикладати до компонентів. Це запобігає пошкодженню компонентів та зменшує ризик травмування працівника. HMI робота може відображати прикладену силу, дозволяючи працівнику контролювати процес і втручатися за потреби.

Навчання та освіта

Належне навчання та освіта є важливими для того, щоб працівники розуміли ризики, пов'язані з HRI, та знали, як безпечно працювати з роботизованими системами. Навчальні програми повинні охоплювати такі теми, як:

Принципи та норми безпеки роботів.
Процедури оцінки ризиків.
Безпечні процедури експлуатації для конкретної роботизованої системи.
Процедури аварійної зупинки.
Правильне використання пристроїв безпеки та ЗІЗ.
Процедури усунення несправностей та технічного обслуговування.
Процедури звітування про нещасні випадки та інциденти.

Навчання має проводитися для всіх працівників, які взаємодіятимуть з роботизованою системою, включаючи операторів, програмістів, обслуговуючий персонал та керівників. Повторне навчання слід проводити регулярно, щоб працівники залишалися в курсі найновіших практик безпеки.

Приклад: Виробнича компанія, що впроваджує коботів для зварювальних робіт, повинна забезпечити комплексне навчання для своїх зварювальників. Навчання має охоплювати такі теми, як принципи безпеки роботів, процедури оцінки ризиків, безпечні методи зварювання та правильне використання ЗІЗ для зварювання. Навчання також повинно включати практичні заняття з коботом під наглядом кваліфікованого інструктора.

Моніторинг та технічне обслуговування

Регулярний моніторинг та технічне обслуговування є вирішальними для забезпечення безпечної роботи роботизованих систем протягом тривалого часу. Діяльність з моніторингу повинна включати:

Регулярні перевірки роботизованої системи для виявлення будь-яких ознак зносу, пошкодження або несправності.
Моніторинг пристроїв безпеки для перевірки їх належного функціонування.
Регулярні аудити процедур безпеки для перевірки їх дотримання.
Аналіз даних про нещасні випадки та інциденти для виявлення тенденцій та напрямків для вдосконалення.

Діяльність з технічного обслуговування повинна включати:

Регулярне змащування та очищення роботизованої системи.
Заміна зношених або пошкоджених деталей.
Калібрування датчиків та приводів.
Оновлення програмного забезпечення та прошивки.
Верифікація та валідація функцій безпеки після проведення технічного обслуговування.

Технічне обслуговування повинно виконуватися кваліфікованим персоналом, який пройшов навчання по конкретній роботизованій системі. Всі дії з технічного обслуговування повинні бути задокументовані та відстежуватися.

Приклад: Логістична компанія, що використовує автоматизовані керовані транспортні засоби (AGV) на своєму складі, повинна проводити регулярні перевірки AGV, щоб переконатися, що їхні датчики, гальма та пристрої безпеки функціонують належним чином. Компанія також повинна відстежувати навігаційні шляхи AGV для виявлення будь-яких потенційних небезпек, таких як перешкоди або зміни в плануванні складу.

Роль технологій у підвищенні безпеки HRI

Передові технології відіграють все більш важливу роль у підвищенні безпеки в HRI:

Системи машинного зору: Системи машинного зору можуть використовуватися для виявлення присутності людини в робочому просторі робота та для моніторингу рухів людини. Ця інформація може бути використана для регулювання швидкості та траєкторії робота або для повної зупинки робота, якщо зіткнення неминуче.
Датчики сили: Датчики сили можуть використовуватися для вимірювання сили, що прикладається роботом, та для обмеження сили до безпечного рівня. Це може запобігти травмам у разі зіткнення з працівником-людиною.
Датчики наближення: Датчики наближення можуть використовуватися для виявлення присутності працівника-людини поблизу робота та для сповільнення або зупинки робота до того, як станеться зіткнення.
Штучний інтелект (ШІ): ШІ може використовуватися для покращення сприйняття роботом свого оточення та для прогнозування рухів людини. Це може дозволити роботу швидше та ефективніше реагувати на потенційні небезпеки.
Віртуальна реальність (VR) та доповнена реальність (AR): VR та AR можуть використовуватися для навчання працівників безпечним процедурам експлуатації та для симуляції потенційних небезпек. Це може допомогти працівникам розвинути навички та знання, необхідні для безпечної роботи з роботами.
Бездротовий зв'язок: Технології бездротового зв'язку дозволяють здійснювати моніторинг продуктивності та оточення робота в реальному часі. Це може полегшити дистанційне керування, діагностику та заходи безпеки.

Приклад: Автомобільний виробник, що використовує роботів для фарбувальних робіт, може впровадити систему машинного зору для виявлення, коли працівник заходить у фарбувальну камеру. Система машинного зору може автоматично вимикати робота, щоб запобігти впливу на працівника шкідливих парів фарби. Крім того, носячі датчики на працівнику можуть відстежувати його близькість до робота та сповіщати про потенційні небезпеки за допомогою тактильного зворотного зв'язку.

Вирішення етичних питань у безпеці HRI

Крім технічних та регуляторних аспектів, етичні міркування є життєво важливими у безпеці HRI. Вони включають:

Прозорість та зрозумілість: Роботизовані системи повинні бути спроєктовані так, щоб бути прозорими та зрозумілими, щоб працівники могли розуміти, як вони працюють і як приймають рішення. Це може допомогти збудувати довіру та впевненість у роботизованій системі.
Підзвітність: Важливо встановити чіткі межі відповідальності за безпеку роботизованих систем. Це включає визначення того, хто відповідає за проєктування, розгортання та обслуговування роботизованої системи, а також хто відповідає за реагування на нещасні випадки та інциденти.
Справедливість та рівність: Роботизовані системи повинні бути спроєктовані та розгорнуті таким чином, щоб це було справедливо та рівноправно для всіх працівників. Це означає забезпечення того, щоб усі працівники мали доступ до навчання та ресурсів, необхідних для безпечної роботи з роботами, і щоб жоден працівник не піддавався непропорційному ризику.
Скорочення робочих місць: Потенційне скорочення робочих місць є значною етичною проблемою, пов'язаною з розгортанням роботів. Компанії повинні враховувати вплив роботизації на свою робочу силу та вживати заходів для пом'якшення будь-яких негативних наслідків, таких як надання можливостей для перекваліфікації звільнених працівників.
Конфіденційність та безпека даних: Роботизовані системи часто збирають та обробляють великі обсяги даних про працівників-людей. Важливо захищати конфіденційність та безпеку цих даних та забезпечувати, щоб вони не використовувалися дискримінаційним або шкідливим чином.

Приклад: Роздрібна компанія, що розгортає роботів для управління запасами, повинна бути прозорою зі своїми співробітниками щодо того, як працюють роботи та як вони використовуються. Компанія також повинна встановити чіткі межі відповідальності за безпеку роботів та вжити заходів для захисту конфіденційності та безпеки даних, зібраних роботами.

Майбутні тенденції в безпеці HRI

Сфера HRI постійно розвивається, і з'являються нові тенденції, які формуватимуть майбутнє безпеки HRI:

Передові сенсорні технології: Нові сенсорні технології, такі як 3D-камери, лідари та радари, надають роботам більш детальне та точне розуміння їхнього оточення. Це дозволяє роботам швидше та ефективніше реагувати на потенційні небезпеки.
Системи безпеки на основі ШІ: ШІ використовується для розробки більш складних систем безпеки, які можуть прогнозувати та запобігати нещасним випадкам. Ці системи можуть вчитися на минулих інцидентах та адаптуватися до мінливих умов.
Колаборативні роботи як послуга (Cobots-as-a-Service): Моделі "Коботи як послуга" роблять колаборативних роботів більш доступними для малих та середніх підприємств (МСП). Це стимулює впровадження колаборативної робототехніки в ширшому діапазоні галузей.
Дизайн, орієнтований на людину: Зростає акцент на дизайні, орієнтованому на людину, в HRI. Це означає проєктування роботизованих систем, які є інтуїтивно зрозумілими, простими у використанні та безпечними для працівників-людей.
Стандартизація та сертифікація: Триває робота над розробкою більш комплексних стандартів та програм сертифікації для безпеки HRI. Це допоможе забезпечити безпеку та надійність роботизованих систем.
Цифрові двійники: Створення цифрових двійників робочого простору дозволяє віртуально симулювати взаємодії роботів, забезпечуючи комплексне тестування безпеки та оптимізацію перед фізичним розгортанням.

Глобальні приклади впровадження безпеки HRI

Автомобільна промисловість (Німеччина): Такі компанії, як BMW та Volkswagen, використовують колаборативних роботів для складальних завдань, впроваджуючи передові сенсорні технології та системи безпеки на основі ШІ для забезпечення безпеки працівників. Вони дотримуються суворих німецьких та європейських норм безпеки.

Виробництво електроніки (Японія): Fanuc та Yaskawa, провідні робототехнічні компанії, зосереджуються на розробці роботів з інтегрованими функціями безпеки, такими як кінцеві захоплювачі з обмеженням сили та передові системи машинного зору, для забезпечення безпечної співпраці на лініях збирання електроніки. Сильний акцент Японії на якості та точності вимагає високих стандартів безпеки.

Логістика та складування (США): Amazon та інші великі логістичні компанії розгортають AGV та автономні мобільні роботи (AMR) на своїх складах, використовуючи передові системи навігації та датчики наближення для запобігання зіткненням та забезпечення безпеки працівників. Вони також інвестують у програми навчання персоналу для сприяння безпечній взаємодії з роботами.

Харчова промисловість (Данія): Компанії в Данії використовують колаборативних роботів для таких завдань, як пакування та контроль якості, впроваджуючи суворі гігієнічні протоколи та заходи безпеки для запобігання забрудненню та забезпечення безпеки працівників. Зосередженість Данії на сталому розвитку та добробуті працівників зумовлює високі стандарти безпеки.

Аерокосмічна галузь (Франція): Airbus та інші аерокосмічні компанії використовують роботів для таких завдань, як свердління та фарбування, впроваджуючи передові системи безпеки та технології моніторингу для запобігання нещасним випадкам та забезпечення безпеки працівників. Суворі вимоги аерокосмічної галузі вимагають комплексних заходів безпеки.

Висновок

Забезпечення безпеки у взаємодії людини та робота — це не просто технічне завдання, а багатогранне зусилля, що вимагає цілісного підходу. Від дотримання міжнародних стандартів та проведення ретельної оцінки ризиків до проєктування з урахуванням безпеки, надання комплексного навчання та впровадження технологічних досягнень — кожен аспект відіграє життєво важливу роль у створенні безпечного та продуктивного середовища для співпраці. Оскільки роботи все більше інтегруються у світову робочу силу, пріоритет безпеки буде мати першочергове значення для зміцнення довіри, підвищення продуктивності та формування майбутнього, в якому люди та роботи зможуть гармонійно працювати разом.

Дотримуючись цих принципів та розвиваючи культуру безпеки, організації по всьому світу можуть розкрити повний потенціал HRI, одночасно захищаючи добробут своєї робочої сили. Такий проактивний підхід не лише мінімізує ризики, але й створює основу для сталого зростання та інновацій в епоху колаборативної робототехніки.