Cobot-sikkerhedsstandarder forklaret

Cobot-sikkerhedsstandarder, defineret i ISO/TS 15066, fastlægger de præcise grænser for hastighed, kraft og effekt, som samarbejdende robotter må udøve sammen med menneskelige operatører. At købe en samarbejdende robot gør ikke automatisk din produktionslinje sikker. En robotarm er blot en enkelt komponent i en større automationscelle.

En samarbejdende robot betragtes først som sikker til hegnsfri drift, når en fuld risikovurdering af anvendelsen beviser, at hele cellen-inklusive gribeværktøjer og emner-overholder kraftgrænserne i ISO/TS 15066. Hvis du monterer et skarpt metalværktøj på en certificeret samarbejdende arm, er det system ikke længere sikkert i kontakt med mennesker. Sikkerhedsklassificeringen gælder anvendelsen, ikke blot hardwaren, som den kommer ud af kassen.

Vi designer og installerer hegnsfri automationsceller fra vores base i Odense, og den mest udbredte misforståelse, vi retter, er forestillingen om, at fysiske bure ganske enkelt er forældede. Bure er kun forældede, når du matematisk kan bevise, at en utilsigtet kollision mellem robotten og en operatør ikke vil forårsage skade.

Den lovgivningsmæssige ramme for hegnsfri automation

Industriel automation hviler på et stramt hierarki af sikkerhedsdirektiver. Når vi integrerer systemer med mærker som Universal Robots, følger vi to centrale dokumenter, der globalt regulerer samarbejdende drift.

Det første er ISO 10218 (del 1 og 2). Denne standard dækker sikkerhedskravene til industrirobotter og robotsystemer. Den fastlagde grundlaget for, hvad der gør en robot lovligt sikker at betjene i en fabriksmiljø.

Det andet, og mere specifikke dokument, er ISO/TS 15066. Udgivet specifikt for at adressere menneske-robot-samarbejde leverer denne tekniske specifikation de faktiske tal. Den kortlægger smertetærskler for 29 specifikke kropsområder og definerer præcist, hvor stor kraft en maskine må påføre en menneskelig medarbejder, før systemet skal udløse et nødstop.

At forstå disse standarder er dit udgangspunkt for at bestå lokale arbejdsmiljøtilsyn og forhindre dyre produktionsstop.

---

De fire samarbejdende driftsformer

ISO-standarderne inddeler menneske-robot-interaktion i fire specifikke driftsformer. Du behøver ikke bruge dem alle, men din anvendelse skal passe ind i mindst én af disse kategorier for at kunne køre lovligt uden et sikkerhedsbur.

Mange af de Dobot-robotter, vi sætter i drift, kører i en kombination af hastigheds- og afstandsovervågning og kraft- og effektbegrænsning. Denne hybride tilgang giver dig en traditionel industrirobots høje gennemløb, når mennesker er langt væk, og en cobots sikre kontaktgrænser, når operatører træder ind for at udbedre et stop.

Beregning af kraftgrænser ved kraft- og effektbegrænsning

Kraft- og effektbegrænsning (PFL) er det, de fleste forestiller sig, når de tænker på en samarbejdende robot. Robotten rammer din arm, registrerer det pludselige modstandsspring og standser, før den når at give et blåt mærke.

Smertetærsklerne fastlægger din maksimale cobot-hastighed; ISO-standarden angiver, at en kvasistatisk påvirkning af en menneskehånd ikke må overstige 140 newton i kraft.

For at overholde denne standard skal du forstå forskellen på to typer påvirkning:

• Forbigående kontakt: Operatørens kropsdel kan frit bevæge sig væk fra påvirkningen. Tænk på en robot, der støder ind i din skulder, mens du går forbi. Kraftgrænserne for forbigående kontakt er højere, fordi energien fordeler sig, når du bevæger dig.
• Kvasistatisk kontakt: Operatørens kropsdel bliver fanget mellem robotten og en fast flade, som et arbejdsbord. Kraftgrænserne er her langt lavere, fordi mennesket absorberer hele påvirkningen.

På tværs af de palleterings- og kasserejseceller, vi installerede i 1. kvartal 2024, fandt vi, at en begrænsning af de almindelige driftshastigheder til 1.000 millimeter i sekundet generelt holder tilfældige kontaktkræfter et godt stykke under ISO-grænserne for stumpe gribeværktøjer. Hastighed er dog kun én variabel. Nyttelastens masse og emnets form vejer lige så tungt. En stump sugekop, der skubber til din arm, er en irritation; et skarpt metalbeslag, der bevæger sig med præcis samme hastighed, er en stikfare.

Når vi installerer mindre enheder som MG400 til let sortering på bordniveau, er den bevægelige masse lav nok til, at det er ligetil at holde kræfterne under tærsklen på 140 newton. Tunge palleteringsrobotter kræver langt strammere hastighedsstyring, når de kører i PFL-tilstand.

Gennemførelse af en gyldig risikovurdering i fem trin

Du kan ikke lovligt tage en cobot i brug uden en dokumenteret risikovurdering. Dette dokument beviser over for myndighederne, at du har identificeret enhver måde, maskinen kan skade nogen på, og har taget skridt til at forhindre det.

Vi følger en stram, sekventiel proces, når vi gennemgår et nyt celledesign.

1. Fastlæg maskineriets grænser. Bestem præcist, hvad robotten skal lave, hvilke materialer den skal håndtere, og de fysiske grænser for dens rækkevidde. Inkluder den maksimale nyttelast og den specifikke geometri af gribeværktøjet.
2. Identificér opgaver og farer. Gennemgå hver fase i robottens livscyklus. Hvordan udbedrer operatøren et stop? Hvordan rengør serviceteknikeren sensorerne? Oplist enhver potentiel fare, fra fingre, der kommer i klemme mellem kasser, til elektriske fejl.
3. Vurdér og evaluér risikoen. For hver fare vurderer du alvoren af den mulige skade og sandsynligheden for, at den indtræffer. Et hurtigt klemmepunkt nær operatørens primære arbejdsområde har en langt højere risikoscore end en stump påvirkningszone nær loftet.
4. Implementér risikoreducerende tiltag. Tilpas cellen, så de største risici elimineres. Det kan betyde polstring af gribeværktøjet, begrænsning af robottens bevægelsesvinkler, så den ikke kan nå op i operatørens øjenhøjde, eller montering af sikkerhedsscannere.
5. Dokumentér og validér. Test den fysiske opsætning. Brug specialiserede kraftmålere til at registrere de faktiske påvirkningskræfter ved forskellige hastigheder. Dokumentér disse tal for at bevise, at de ligger under grænserne i ISO/TS 15066.

En risikovurdering er et levende dokument. Ændrer du det produkt, du håndterer, ændrer du nyttelastens vægt og form. Det kræver en opdateret vurdering.

Balancen mellem operatørsikkerhed og produktionsmål

Den hyppigste indvending, vi hører fra produktionschefer, er, at sikkerhedsstandarderne sænker produktionen for meget. Hvis en cobot skal køre med 20 % af sin maksimale hastighed bare for at holde sig under kraftgrænserne, forlænges den forventede tilbagebetalingstid på et til fire år drastisk.

Du løser det ved at lægge dine sikkerhedssystemer i lag.

Du behøver ikke begrænse robotten til samarbejdende hastigheder hele dagen. Vi sætter ofte områdesikkerhedsscannere op, der er koblet direkte til robottens controller. Når der køres kompleks rutelogik som vores SmartPack-Nordic 2-software til mix-palletering, kører robotten med høje industrielle hastigheder, så længe arbejdszonen er tom.

Hvis en gaffeltruckfører træder inden for tre meter af cellen, registrerer scanneren ham og sænker robottens hastighed til et samarbejdende niveau. Træder føreren inden for én meter, udløser robotten et kategori 0-stop og afbryder strømmen til motorerne fuldstændigt.

Denne opbygning betyder, at du får cyklustiderne fra en industriel buropsætning sammen med pladsbesparelsen fra en samarbejdende celle. Du ofrer kun hastighed i de korte øjeblikke, hvor et menneske faktisk har brug for at gå ind i zonen.

Ofte stillede spørgsmål

Kræver en samarbejdende robot fysiske sikkerhedshegn? En cobot kræver ikke fysiske sikkerhedshegn, hvis en dokumenteret risikovurdering beviser, at dens driftskraft, hastighed og værktøj ligger under skadestærsklerne i ISO/TS 15066. Er nyttelasten skarp, giftig eller meget tung, har du fortsat brug for hegn uanset robottens samarbejdende klassificering.

Hvad er den maksimale hastighed, en samarbejdende robot kan bevæge sig med? Samarbejdende robotter kører typisk med en maksimal hastighed på 1.000 millimeter i sekundet, når de arbejder tæt på mennesker. Hastigheden kan sikkert øges til 2.500 millimeter i sekundet eller mere, hvis områdescannere bekræfter, at operatøren har forladt den definerede arbejdszone.

Hvem er juridisk ansvarlig for cobot-sikkerhedsoverholdelse? Den endelige systemintegrator eller den virksomhed, der installerer robotten, har det juridiske ansvar for at gennemføre risikovurderingen og sikre, at hele cellen overholder maskindirektiverne. Robotproducenten er kun ansvarlig for sikkerhedsklassificeringen af den nøgne arm.

Hvor ofte skal jeg opdatere min risikovurdering? Du skal opdatere din risikovurdering, hver gang du ændrer en central variabel i anvendelsen. At skifte gribeværktøj, øge nyttelastens vægt, ændre cellens layout eller flytte robotten til en ny opgave kræver alt sammen en ny vurdering af farerne.

Dit første skridt mod at sætte en sikker celle op er at vurdere gribeværktøjet og nyttelasten. Før du bruger tid på at finjustere robotarmens hastigheder i softwaren, så kig på geometrien og vægten af det emne, robotten bærer-den ene variabel afgør enhver sikkerhedsgrænse, du får brug for at indstille.