Roboty przemysłowe swą coraz większą popularność zawdzięczają przede wszystkim temu, iż znacznie lepiej niż ludzie radzą sobie z wykonywaniem prac ciężkich fizycznie, monotonnych, powtarzalnych, wymagających precyzji i wykonywanych w trudnych bądź wręcz niebezpiecznych warunkach. Niestety, ze względu na ich nierzadko znaczne gabaryty, masę, prędkość i duże siły działania, a także fakt, że poruszają się one w obrębie dużej przestrzeni, roboty same w sobie mogą stanowić zagrożenie dla człowieka – zwłaszcza, że obecności ludzi, jak na razie nie da się całkiem wyeliminować, nawet przy tzw. pełnej automatyzacji. Co więcej, w ostatnich latach w zakładach pracy coraz częściej pojawiają się lekkie i niewielkie gabarytowo roboty współpracujące – tzw. coboty (termin pochodzący od ang. collaborative robot), tworzone do pracy w bezpośredniej bliskości człowieka, bez potrzeby stosowania dodatkowych barier ochronnych. Robotyzacja niesie za sobą szereg wyzwań w zakresie bezpieczeństwa pracy. W przypadku stanowisk zrobotyzowanych należy założyć trzy możliwości bezpośredniego kontaktu operatora z robotem: w czasie programowania (uczenia) robota, podczas pracy robota – gdy w jego zasięgu (gnieździe) znajdzie się człowiek oraz podczas napraw i konserwacji robota.
Podstawowym aktem prawnym mającym odniesienie do bezpieczeństwa pracy robotów oraz systemów robotycznych jest Dyrektywa 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie maszyn, zmieniająca dyrektywę 95/16/WE. Pojedynczy robot przemysłowy, zakupiony w celu jego dalszej integracji (wbudowania) do konkretnego stanowiska bądź linii technologicznej, jest bowiem maszyną nieukończoną w rozumieniu dyrektywy maszynowej 2006/42/WE. W procesie integracji robot staje się częścią maszyny zespolonej, za którą pełną odpowiedzialność ponosi integrator, który jako producent zespołu maszyn, zgodnie z dyrektywą maszynową powinien: przeprowadzić procedurę zgodności, odpowiednio oznakować zespół maszyn – w tym znakiem CE, sporządzić i podpisać deklarację zgodności WE z wymogami dyrektywy maszynowej 2006/42/WE oraz opracować odpowiednią dokumentację techniczną dla tej nowej maszyny. Wraz z samym robotem nabywca powinien otrzymać deklarację włączenia oraz instrukcję montażu – która jest dokumentem niezbędnym do prawidłowego przeprowadzenia integracji robota z innymi maszynami. Jednocześnie pamiętać należy, iż robot, będący maszyną nieukończoną, nie powinien posiadać oznakowania CE.
Główną i podstawową nomą obejmującą wymagania dotyczące zarówno samych robotów, jak też systemów zrobotyzowanych (takich jak linie technologiczne, gniazda) jest, zharmonizowana z dyrektywą maszynową 2006/42/WE, dwuczęściowa norma PN-EN ISO 10218 – 1 i 2.
PN-EN ISO 10218-1:2011E „Roboty i urządzenia dla robotyki – Wymagania bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych – Część 1: Roboty” to podstawowa norma bezpieczeństwa w robotyce przemysłowej. Dotyczy ona samych robotów, ale jako, że zarówno gniazdo zrobotyzowane, jak i zintegrowany system produkcyjny są wyposażone w roboty, to norma ta ma również zasadnicze znaczenie w obu tych obszarach. W normiePN-EN ISO 10218-1:2011 podano wymagania i wytyczne do projektowania bezpiecznego robota, doboru środków ochronnych i informacji dotyczących stosowania robotów przemysłowych. Norma ta zawiera opis podstawowych zagrożeń związanych z robotami i wymagania do eliminowania lub odpowiedniego zmniejszenia ryzyka związanego z tymi zagrożeniami. Przedstawiono w niej również wykaz znaczących zagrożeń i sformułowano wymagania dotyczące funkcji bezpieczeństwa zgodnie z klasyfikacją PL (PN-EN ISO 13849-1) i/lub SIL (PN-EN 62601) oraz wskazano metody weryfikacji i walidacji spełnienia tych wymagań. W normie PN-EN ISO 10218-1:2011 pojęcie zrobotyzowanego systemu przemysłowego zdefiniowano jako „system złożony z: robota przemysłowego, oprzyrządowania technologicznego (end effector) oraz dowolnej maszyny, wyposażenia, urządzenia, zewnętrznych dodatkowych osi lub czujników wspierających wykonywanie zadania przez robota”.
Z kolei w normie PN-EN ISO 10218-2:2011E „Roboty i urządzenia dla robotyki – Wymagania bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych – Część 2: System robotowy i integracja” zawarto wymagania bezpieczeństwa dotyczące integracji robotów przemysłowych i przemysłowych systemów zrobotyzowanych, w tym także zrobotyzowanych gniazd i linii produkcyjnych – oczywiście w powiązaniu z wymogami normy ISO 10218-1:2011E. Wymagania tej normy odnoszą się do takich aspektów jak: procesy (projektowania, wytwarzania, instalowania, pracy, obsługi i likwidacji), informacje dostarczane w celu prawidłowego wykonania projektu, wytworzenia, eksploatacji i likwidacji oraz urządzenia składowe zastosowane i/lub przewidziane do zastosowania. W normie PN-EN ISO 10218-2:2011E również opisano podstawowe zagrożenia zidentyfikowane w systemach oraz podano wymagania do wyeliminowania lub odpowiedniego zmniejszenia ryzyka związanego z tymi zagrożeniami. Wskazano tu również podstawowe funkcje bezpieczeństwa i wymagany ich poziom w kategoriach zapewnienia bezpieczeństwa (PL lub SIL). Zaznaczyć w tym miejscu należy, iż noma ta nie odnosi się bezpośrednio do zagrożeń wynikających z procesu realizowanego przez system zrobotyzowany – ten aspekt powinien być bowiem rozpatrywany indywidualnie, w odniesieniu do konkretnej aplikacji. W normie PN-EN ISO 10218-21:2011 pojęcie zintegrowanego systemu produkcyjnego zdefiniowano jako „grupa maszyn współdziałająca w skoordynowany sposób, powiązane przez system przenoszenia materiału, połączone układem sterowania, którego przeznaczeniem jest wytwarzanie, obsługa, ruch lub pakowanie elementów lub zespołów”.
Tworząc systemy produkcyjne wykorzystujący roboty należy również mieć na uwadze wymagania normy PN-EN ISO 11161:2007/A1:2010E „Bezpieczeństwo maszyn – Zintegrowane systemy produkcyjne – Wymagania podstawowe”, która również zharmonizowana jest z dyrektywą maszynową 2006/42/WE. W normie tej przedstawiono wymagania bezpieczeństwa dotyczące zintegrowanych systemów produkcyjnych, obejmujące m. in. takie aspekty jak: określenie granic systemu zintegrowanego, określenie zadań, specyfikacja zawartości systemu zintegrowanego, identyfikacja zagrożeń i sytuacji zagrażających, wyznaczenie ryzyka, środki ochronne i ich walidacja, określenie, projekt i analiza funkcjonowania strefy zadań, zabezpieczenie i zakres sterowania mechanicznego i elektrycznego oraz informacje dla użytkownika.
W skład zrobotyzowanego systemu produkcyjnego mogą wchodzić również maszyny,dla których istnieją normy typu C, które również powinny być brane pod uwagę podczas budowy tego rodzaju systemu.
Do głównych funkcji bezpieczeństwa w przypadku systemów zrobotyzowanych zaliczamy:
- funkcje związane z realizacją samego ruchu robota (w tym także funkcja bezpiecznego zatrzymania i stop awaryjny),
- funkcje zakazu dostępu człowieka do strefy pracy robota,
- wykrywanie obecności człowieka w strefie pracy robota,
- funkcja „muting”, tj. bezpieczne, automatyczne i tymczasowe zawieszenie (wyciszenie lub wygaszenie) optycznych urządzeń zabezpieczających podczas pracy systemu np. na czas transportu palety z wyrobami, jednocześnie uniemożliwiająca wejście człowieka do strefy niebezpiecznej,
- zabezpieczenie systemu przed jego nieoczekiwanym uruchomieniem,
- ciągły monitoring systemów związanych z bezpieczeństwem (prędkość bezpieczna dla systemów zrobotyzowanych – 250 mm/s, moc napędów do 80W, bezpieczna siła na ramieniu robota – 150 N).
Zgodnie z definicją zawartą w pkt. 3.2. normy PN-EN ISO 10218-2 robot współpracujący (kolaborujący – tzw. cobot) to „Robot zaprojektowany do bezpośredniej interakcji z człowiekiem wewnątrz zdefiniowanej przestrzeni współpracy”. Istotnym z punktu widzenia bezpieczeństwa stosowania robotów współpracujących jest wymóg, aby związane z bezpieczeństwem części systemów sterowania były zaprojektowane w taki sposób, aby były zgodne z poziomem wykonania (Performance Level) PL=d ze strukturą w Kategorii 3 wg PN-EN ISO 13849-1, tj. kategorii dotyczącej systemu zbudowanego z użyciem podwójnych zabezpieczeń, gdzie pojedynczy defekt nie powinien prowadzić do utraty danej funkcji bezpieczeństwa.
W lutym 2016 r. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) opublikowała specyfikację techniczną ISO/TS 15066 uzupełniającą i wspierającą normę ISO 10218 o nowe zagadnienia odnoszące się do kooperacji ludzi z robotami współpracującymi, tzw. cobotami. W skład grupy roboczej opracowującej tą specyfikację techniczną weszli przedstawiciele 24 krajów, w tym reprezentanci największych producentów robotówna świecie. ISO/TS 15066 zawiera wytyczne w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa podczas projektowania i wdrażania aplikacji zrobotyzowanych, w których wspólną przestrzeń pracy dzielą ludzie i coboty.
Specyfikacja techniczna ISO/TS 15066 zawiera m. in. wykres przedstawiający maksymalne poziomy siły i ciśnienia, jakie podczas pracy może osiągać robot współpracujący. W specyfikacji ISO/TS 15066 określono również maksymalne dopuszczalne limity siły i prędkości dla kontaktu pół-statycznego (możliwe zaciśnięcie części ciała operatora pomiędzy częścią ruchomą robota a innym elementem stałym lub ruchomym)i kontaktu przejściowego (gdy część ciała nie ulega zaciśnięciu i operator może ją wycofać spod elementu ruchomego systemu zrobotyzowanego) – ustalone na bazie rygorystycznych oszacowań i badań naukowych w zakresie progów wrażliwości na ból (Poziom Początku Bólu, ang. Pain Onset Level) w sytuacjach, gdy dochodzi do kontaktu człowiek – maszyna. Ponadto, w specyfikacji ISO/TS 15066 dość jasno zdefiniowano, iż praca w trybie współpracy – to stan, w którym specjalnie zaprojektowany system zrobotyzowany i operator pracują wewnątrz przestrzeni współpracy, natomiast samą przestrzeń współpracy określono jako część przestrzeni pracy, w której system zrobotyzowany (w tym także przedmiot obrabiany, przenoszony itp.) i człowiek realizują zgodnie zadania produkcyjne.
W oparciu o normę PN-EN ISO 10218-2 oraz specyfikację techniczną ISO TS 15066 wyróżnia się cztery typy współpracy pomiędzy człowiekiem, a robotem współpracującym:
- Bezpieczne kontrolowane zatrzymanie – zapewnienie bezruchu robota, gdy człowiek jest w przestrzeni współpracy – opuszczenie przez człowieka strefy i ręczne potwierdzenie tego faktu powoduje powrót robota do przerwanej pracy;
- Ręczne prowadzenie – ruch robota jest wymuszany przez człowieka np. przez ręczne prowadzenie manipulatora robota lub przez aktywację odpowiednich elementów sterowniczych – bezpiecznie kontrolowana prędkość ruchu;
- Kontrolowanie prędkości i separacji – ruch robota w przestrzeni współpracy możliwy tylko pod warunkiem zachowania odległości separacji od człowieka lub ograniczenia prędkości – system robotyczny zwalnia w miarę zbliżania się człowieka;
- Praca przy ograniczonej sile i mocy robota – w wyniku kontaktu człowiekaz częściami robota, narzędziem lub częścią obrabianą dochodzi do zatrzymania ruchu robota, jego wycofania – parametry ruchu robota są ograniczone do wartości progowych przyjętych na etapie oceny ryzyka.
*artykuł ukazał się w miesięczniku „Inspektor Pracy”, nr 1 (443) 2020, s. 27-29
