máj.
02

Kollaboratív robotok

A kollaboratív robotokat (KR) azért fejlesztették ki, hogy képesek legyenek az emberrel közös munkatérben, ugyanazon időben meghatározott feladatot végezni. Az ember irányítja és felügyeli a termelési folyamatokat, miközben a robot átveszi a megterhelő munkát. Az érzékeny, könnyűépítésű KR képes védőkerítés nélkül, innovatív biztonságtechnikai megoldások segítségével, közös munkát végezni az emberrel, kéz a kézben. 

A technikai, technológiai fejlődés új kockázatokat és új követelményeket is rejt magában, ezért a klasszikus értelemben vett ipari robotok munkabiztonsági követelményei (és dokumentációs rendszere is) átalakulnak és változásokat eredményeznek.
Kollaboratív robotok alkalmazása

Napjaink gyáraiban a robotok védőkerítéssel, érzékelőkkel elválasztott térben, az embertől fizikailag elkülönítve működnek. A jövőre tekintve az a cél, hogy ez a helyzet megváltozzon, az ember és a robot egy térben, a munkát megosztva közösen dolgozhasson, a robot tehermentesítse a munkavállalókat a monoton munkavégzéstől és támogassa a precíziós műveletek végrehajtását. Ez az innovatív technológia gazdasági előnyökkel is jár és bizonyíthatóan nagymértékű teljesítménynövekedést is eredményez. Ennek érdekében azonban fontos a munkafolyamatok körültekintő megtervezése, valamint az ember és a gép közötti megfelelő kommunikáció kialakítása.

robot-1



A robot veszélyességének megítélése
Hogy a kollaboratív robot veszélyes munkaeszköznek minősül-e, arra jelenleg nincs jogszabályi előírás, ezt a kérdést a munkáltatónak kell eldöntenie az Mvt. 87. § 11 pont alapján. A következő kérdés: a kollaboratív robottal együtt végzett tevékenység veszélyes technológiának minősül-e? A szerző véleménye szerint kockázatértékeléssel kell eldönteni, hogy a kollaboratív munkatérben és a munkavégzés folyamán léphet-e fel olyan kockázat, ami alapján a technológiát veszélyesnek kell minősíteni. Értékelni szükséges továbbá, hogy meghatározott biztonsági funkciókkal biztosítható-e, hogy a munkavégzés során a munkavállalót nem érik olyan kockázatok, amelyek indokolttá tennék a munkafolyamat veszélyessé nyilvánítását. Értékelni kell az ütközés kockázatát is: mekkora lehet az a maximális erőhatás, amit a kollaboratív robot kifejthet a munkavállalóra?

A robotok alkalmazásának jogszabályi háttere
A kollaboratív robotok jogszabályi háttere – munkabiztonság szempontjából – napjainkban még nem tekinthető egyértelmű útmutatásnak. A témában rendelkezésre álló szabványok ugyan irányadóak, de számos kérdéses szituáció lép fel a gyakorlati alkalmazásuk során, amelyre nem adnak választ. Ennek első sorban az az oka, hogy a kollaboratív robotokkal végzett technológia rendkívül innovatív, alkalmazása rövid múlttal rendelkezik. Tény az is, hogy kevés a magyar harmonizált nemzeti szabvány, ezért szükséges a nemzetközi szabványok alkalmazása.

A jelenleg ismert és alkalmazott szabványok a következők:

  • MSZ EN ISO 10218-1:2011 Robotok és robotszerkezetek. Ipari robotok biztonsági követelményei. 1. rész: Robotok (angol)
  • MSZ EN ISO 10218-2:2011 Robotok és robotszerkezetek. Ipari robotok biztonsági követelményei. 2. rész: Robotrendszerek és összehangolásuk (angol nyelvű)
  • MSZ EN ISO 12100:2011 Gépek biztonsága. A kialakítás általános elvei. Kockázatértékelés és kockázatcsökkentés
  • MSZ EN ISO 13850:2016 Gépek biztonsága. Vészleállítás. Tervezési alapelvek.
  • MSZ EN ISO 13855:2010 Gépek biztonsága. Biztonsági berendezések elrendezése (az emberi) testrészek közelítési sebességének figyelembevételével (angol nyelvű)
  • ISO/TS 15066 Technikai specifikáció


Kollaboratív robotok alkalmazási lehetőségei
Kézi átadó ablak: Ebben az esetben a robot a kezelővel az átadó ablakban kerül közvetlen kapcsolatba. Az automata üzemet nem szakad meg, amikor a kezelő munkadarabot cserél az átadó ablakon keresztül. A robot mozgástere a biztonsági területen belül automata üzemű. A munkatér körül telepített szenzoros védelmet alakítanak ki. Az átadó ablak körül csökkentett sebesség és csökkentett munkatér van, az ablakon kívül a robotnak nincs munkatere. Ha az ablak legalacsonyabb szegélye 1000 mm alatt van, akkor további biztonsági előírásokat kell figyelembe venni. Lehetséges munkafolyamatok: munkadarab felrakása és levétele, karbantartás.

robot-3



Kapcsolati ablak: Hasonlóan a kézi átadó ablakhoz, a kezelő ez esetben is a kapcsolati ablaknál érintkezik a robottal. Az automata üzem sem szakad meg, amikor a kezelő munkadarabot cserél. A robot megáll a kapcsolati ablaknál, majd a kezelő kézzel ki tudja mozgatni a cellán kívülre. Az alkalmazás során biztonságos vezérlési funkció megvalósítása szükséges. (Hold-To-Run vezérlési mód). Lehetséges munkafolyamatok: irányított összeszerelés, munkadarab be és kirakása, anyagmozgatás.

Kollaboratív munkatér: Ezen alkalmazási forma során az automata üzemű robot és a kezelő közvetlen kapcsolatban van. A robot csökkenti a sebességét és/vagy megáll, ha az ember a munkaterébe lép. A robot körül személyérzékelő berendezések biztosítják a munkateret. A robot sebessége a kezelő-robot távolság függvényében csökken.  A robot biztonságosan megáll, ha az ember a tiltott zónába lép. Automatikus újraindulás akkor lehetséges, ha a zóna biztonságosan üres. Lehetséges munkafolyamatok: összeszerelés, anyagmozgatás.

Megfigyelt tér: Az automata üzemű robot és a kezelő közvetlen kapcsolatban van a kollaboratív munkatéren belül. Ha a kezelő belép a kollaboratív munkatérbe, a robot csökkentett sebességgel és csökkentett munkatérrel üzemel tovább. A munkatér biztosítására különböző védőintézkedések állnak rendelkezésre. Elsősorban a munkatér körül telepített szenzoros védelem, a személyérzékelő rendszer vagy beléptető eszköz, illetve a sebesség és a munkatér csökkentő rendszer a kollaboratív térbe lépést követően. A biztonságot a belépési távolság (optoelektronikai eszköz és a robot munkatere közötti távolság) megfelelő és helyes meghatározása biztosítja.

Kézi irányítású robot: Ezen üzemeltetési mód alkalmazása során specifikus munkateret kell meghatározni. A kezelő a robotot meghatározott pályán tudja mozgatni. A robot mozgatása kézzel vezetett, tehát automata üzemben van, de automata mozgással nem rendelkezik. A kollaboratív munkateret az applikáció alkalmazásából származó veszélyforrások függvényében kell meghatározni. Biztonsági funkció a csökkentett sebességgel való működés és a biztonságos vezérlési funkció megvalósítása.

robot-2



Robotok biztonsági funkciói
Biztonságosan felügyelt megállás: a funkció a robotmozgás megállítására alkalmas, mielőtt a kezelő a kollaboratív térbe lép. Ha kezelő nem tartózkodik a kollaboratív térben, a robot tud nem kollaboratív módon dolgozni. Ha a robotrendszer a kollaboratív térben található, és a biztonságosan felügyelt megállás funkció aktív, akkor a robotmozgás megáll és a kezelő be tud lépni a kollaboratív térbe. A robotrendszer a mozgást további beavatkozás nélkül akkor tudja folytatni, ha a kezelő a kollaboratív teret elhagyta.
Kézi irányítás: ebben az esetben a kezelő egy manuálisan vezérelt eszközt használ, amellyel át tudja adni a mozgási utasításokat és parancsokat a robotrendszernek. Mielőtt a kezelő a kollaboratív térbe lép és a manuálisan vezérelt munkafolyamatokat elkezdené, a robot egy biztonságosan felügyelt pozícióba áll. A munkafolyamat manuálisan irányított berendezéssel hajtható végre, amely vagy önmagában a kinematikus lánc utolsó eleme (applikátor) vagy annak a közelében található egység. A kézi vezérlésű robot rendszer olyan kiegészítő funkciókkal látható el, mint például virtuális biztonsági zóna.

Sebesség- és távolságfelügyelet: ebben az üzemmódban a robotrendszer és a kezelő egy időben mozoghat a kollaboratív térben. A kezelő és a robot közötti biztonsági távolságok folyamatos felügyeletével biztosítható a kockázatok minimalizálása. A robot mozgása során addig közelíthet a kezelőhöz, amíg el nem éri a meghatározott biztonsági távolságot. Ha a távolság a biztonságos érték alá csökkent, akkor a robotrendszer megáll. Ha a kezelő a robotrendszertől újra biztonságos távolságba megy, akkor a robot automatikusan folytatja a mozgását a minimális biztonsági távolságok megtartásával. Ha a robotrendszer sebessége csökken, akkor a biztonsági távolságok annak megfelelően csökkennek.

Nyomaték- és erőkorlátozás: a robotrendszer (beleértve a munkadarabot is) és a kezelő között szándékos vagy véletlen ütközés jöhet létre. A nyomaték- és erőkorlátozás biztonsági funkcióval ellátott kollaborációs üzemben csak olyan robotrendszerek alkalmazhatóak, amelyeket speciálisan erre a célra terveztek. A robotrendszer biztonságtechnikai megoldásainak biztosítani kell, hogy egy ütközés során a robot a technikai specifikációban meghatározott biomechanikai határértékeket nem lépi túl egyetlen esetben sem.

Az alkalmazás munkabiztonsági előnyei
A hagyományos ipari robotokat arra tervezték, hogy zárt cellában, az ember közvetlen közreműködése nélkül végezzenek munkát. Ezzel szemben a kollaboratív robot fő célja, hogy asszisztense legyen az embernek és a közvetlen közelében kiegészítse a munkavégzését. Az eddigi statisztikai adatok azt mutatják, a kollaboratív robotok alkalmazása esetén – szerkezeti felépítésük és biztonsági funkcióik miatt – a karbantartás során bekövetkezett súlyos sérülések valószínűsége és gyakorisága lényegesen kisebb, mint a hagyományos ipari robotok esetében.


Új fogalmak
Kollaboratív üzem: az az állapot, amelynek során egy speciálisan erre a folyamatra tervezett robot a kollaboratív munkatérben a robot kezelővel együtt dolgozik. Kollaboratív munkatér: az a hely a robot működési tartományán belül, ahol a robot, beleértve a munkadarabot is, és a kezelő azonos időben tud munkát végezni a technológiai folyamat során. Kvázi statikus kapcsolat: érintkezés a kezelő és a robot egy része között, ahol a kezelő testrésze be tud csípődni a robot mozgó alkatrészei közé, vagy egy másik, rögzített, illetve mozgó részéhez a robotcellának.

Tranziens kapcsolat: olyan érintkezés a kezelő és a robot egy része között, amelynek során a kezelő testrésze nem szorul be, illetőleg a kezelő vissza tudja húzni a testrészét a robot mozgó részei közül.
Biztonsági távolság: a legrövidebb megengedhető távolság a robot bármely mozgó veszélyes része és a kezelő között a kollaboratív munkatéren belül.

Testmodell: az a vázlat, amely a meghatározott pontokon megmutatja, hogy milyen maximális biomechanikus erőhatások érhetik az emberi testet.


A kollaboratív robotok alkalmazásával csökkennek az alábbi kockázatok:

  • Kéz és karsérülés veszélye
  • Nincs éles, szúró felület. A szegélyek és élek lekerekítettek, beleértve a szerszámokat és a munkadarabokat is.
  • Emberi felelősségvállalás
  • Nincs szükség bonyolult jogosultsági rendszerre, emiatt a figyelmetlenségből és a mulasztásból adódó sérülések, balesetek előfordulása csökken.
  • Kialakítás
  • Könnyen mobilizálható és kicsi a helyigénye. Ebből adódóan telepítés és áthelyezés során a személysérülés kockázata kicsi.
  • Hatókörben való tartózkodás
  • A robot közvetlen környezetében bárki tartózkodhat, fizikai elkerítés nélkül.
  • Botlásveszély
  • Megelőzhető, nincs rendezetlen kábelköteg és robotcella.
  • Megterhelő munkafolyamatok
  • Kiválthatók, a húzódásos, rándulásos sérülések megelőzhetők.
  • Monoton munkafolyamatok
  • Kiválthatók és támogathatók, ezzel csökkentve az ember pszichés megterhelését.


Kollaboratív robotok alkalmazásánál létrejövő új kockázatok

  • Mozgó géprészek
  • Amennyiben a gép sebességbe kapcsol és személyek tartózkodnak a kollaboratív munkatérben, akkor őket a mozgó géprészek meglökhetik.
  • Szakszerűtlen használat
  • A géprészek meglökhetik a munkavállalókat és könnyű sérülést okozhatnak (testrészek, például kéz, kar becsípődése).
  • Emberi beavatkozás a védelmi berendezésekbe
  • Munkadarab által okozott sérülés, pl. becsípődés, leesés, ütés.
  • Energia
  • A gépszerkezetben tárolt energia által okozott sérülés, pl. ütközés és beszorulás esetén.
  • Pszichoszociális tényezők
  • A terhelés növekedése.