Print

Bezpečná spolupráce robotů a lidí

-- 28.06.2017

Nová éra vzájemné spolupráce staví lidi k technologiím mnohem blíž než kdykoli předtím.

V roce 2008 představovaly kolaborativní průmyslové roboty pouhou kuriozitu. V roce 2012 byly do značné míry vnímány jako extravagance. Ale už o rok později je průmysl začal brát na vědomí. Likvidace soupeřů a nápadníků se ve velké míře projevila v roce 2013. V současné době již mají kolaborativní roboty v průmyslové výrobě své pevné místo. Mnozí by řekli, že představují její budoucnost.

„Kolaborativní aplikace představují nový obzor, neprobádanou panenskou půdu a zcela jistě můžeme počítat s rozvojem nových podnikatelských aktivit a aplikací, o nichž dnes nemáme ještě ani tušení,“ uvedla Roberta Nelson Sheaová, odborná posuzovatelka shody pro společnost Universal Robots (Odense,  Dánsko).

Studie ABI předpovídá, že do roku 2020 naroste hodnota trhu s kolaborativní robotikou na jednu miliardu USD s tím, že výrobu naplní více než 40 000 kolaborativních robotů. S nárůstem robotické populace roste rovněž znepokojení ohledně celkové úrovně bezpečnosti v oblasti robotiky.

Jedna z nejočekávanějších technických specifikací v oblasti kolaborativní robotiky byla vydána v únoru 2016. Specifikace ISO/TS 15066: 2016 Roboty a robotická zařízení – kolaborativní roboty poskytuje směrnice pro posuzování a zmírnění rizik; nařízení je určeno pro projektanty, integrátory a uživatele robotických kolaborativních systémů spolupracujících s lidmi.

Nelson Sheaová je svolavatelka technické komise ISO 299 pracovní skupiny 3 (ISO/TC 299 WG3), která byla zodpovědná za rozvoj nových technických specifikací.

Nelson Sheaová se podílela na tvorbě bezpečnostních norem pro oblast robotiky již od první schůze výboru v roce 1982 a jako organizátorka komise ISO/TC 299 pokračuje v udržování svého nestranného postavení v komunitě tvůrců norem. Po dobu 23 let byla předsedkyně výboru, který měl na starost tvorbu bezpečnostních norem ANSI/RIA 15.06 v oblasti robotiky, a nyní zaujímá post předsedkyně ve výslužbě. Vzpomíná na to, jak se původní myšlenka kolaborativní robotiky setkala s výraznou skepsí: „Základní předpoklad bezpečné práce spočíval v udržení lidí mimo dosah robotů. Ale pak se postoj změnil a začalo se přemýšlet o variantě, kdy se vás robot dotýká, avšak nedochází k žádnému úrazu. Proč tedy nedovolit tento druh kontaktu?“ 

Roboty a lidé bok po boku

„Tradičně se v rámci konstruování automatizovaných systémů nepřemýšlelo o bezprostřední fyzické přítomnosti lidí. Avšak v souvislosti s tím, jak se roboty stávají čím dál mobilnější a jsou vyvíjeny stále dokonalejší vzájemné komunikační schopnosti s lidmi, nepředstavuje tento zastaralý způsob uvažování cestu do budoucnosti,“ uvedl Roland Menassa, vedoucí Global Research Automation Center ve společnosti GE (Van Buren Township, Michigan). „Nyní jsem schopen v podniku umístit robot s poměrně slušnou výkonností bezprostředně vedle lidí, přičemž oba mohou bez problémů fungovat bok po boku,“ objasnil současný stav Menassa.

Menassa strávil 24 let u společnosti General Motors. Nyní pracuje jako hlavní technický poradce v oblasti automatizace ve společnosti GE. Centrum Global Research Automation Center se zaměřuje na čtyři hlavní oblasti: robotika, ovládací prvky, manipulace s materiálem a integrace systému práce, který sleduje tok dat ve výrobním provozu. Pro společnost GE představuje automatizace a průmyslový internet věcí (IIoT) klíčové složky úspěchu. Ujímá se vedení v oblasti optimalizace výroby, jinými slovy usiluje o naplnění cílů Brilliant Manufacturingu, čímž optimalizuje tok materiálu, lidí a procesů jak v rámci organizace, tak i v rámci globálního dodavatelského řetězce.

„Když jsem přišel do GE, kolaborativní roboty začaly pronikat na trh, a tak jsem kvůli provedení vyhodnocení navštívil různé podniky v rámci GE,“ vysvětlil Menassa. „Jako výrobci se na jedné straně zaměřujeme na kusovou výrobu velkých průmyslových výrobků, jako jsou plynové turbíny, které váží tisíce kilogramů, a na druhé straně na středně- a velkosériovou výrobu produktů, jako jsou osvětlovací tělesa a elektrické jističe, kdy v rámci jedné linky manipulujeme se stovkou skladových položek.“

„Stále budeme ručně svařovat a naše roboty budou manipulovat s těžkými zařízeními a provádět velmi složité procesy,“ dodal Menassa, „ale když se podíváte na to, kam se robotika posunula za posledních 55 let, pořád vidíme až příliš velký počet lidí na montážních linkách. A to především z důvodu výzev, které většinou kladou měkké a poddajné materiály. Při výrobě našich elektrických jističů nebo osvětlovacích těles používáme kabely a flexibilní materiály, s nimiž je nelehká manipulace. Výzva spočívá v tom, jak vnést automatizaci do manuálního procesu při manipulaci s měkkými a poddajnými materiály.“

Společnost GE používá jednoramenný kolaborativní robot značky Sawyer od společnosti Rethink Robotics, konkrétně na montážní lince v GE Lighting ve městě Hendersonville ve státě Severní Karolína. Kolaborativní robot vkládá komponenty do LED pouličních svítidel, ještě než spolupracující obsluha dokončí sestavu.

„V podniku po mnoho let nikdy žádný robot nebyl,“ přiblížil situaci Menassa, „takže když nás napadla myšlenka, že bychom do naší výroby zavedli robot, nevěděli jsme, jaká bude reakce našich pracovníků. Dodavatel robotů nás pozval k sobě do podniku a společně jsme probírali různé aplikace a zvažovali, které z nich by u nás dávaly smysl. Následně jsme uspořádali několik vnitropodnikových kampaní, v rámci kterých byl robot vystaven. Předváděli jsme našim pracovníkům, co vše je daný robot schopen zvládnout, že se ho skutečně lze dotýkat, a objasnili jsme jim různé možnosti vzájemné spolupráce.“

Roboty s omezeným výkonem a limitovanou silou jsou speciálně navrženy tak, aby umožňovaly bezpečný kontakt s lidmi prostřednictvím bezpečnostních funkcí robotu nebo řídicího systému. Tyto typy robotů jsou obvykle vyrobeny z lehkých materiálů, ve svých kloubech mají zabudované snímače síly a točivého momentu a na povrchu jsou potaženy měkkou polstrovanou kůží. 

Čtyři metody kolaborativního provozování robotů

V souladu s harmonizovanými bezpečnostními normami ANSI/RIA 15.06 a ISO 10218 a v rámci nové technické specifikace TS 15066 existují čtyři metody či typy kolaborativního provozování robotů:

U těchto metod se zdá, že se jedná o naprosto nesourodé aspekty vzájemné spolupráce lidí s roboty. Aby nedocházelo k nejasnostem, Nelson Sheaová navrhuje, aby výrobci hleděli na každou ze čtyř metod kolaborativního provozování spíše jako na scénář než jako na odlišné režimy.

V každém případě existuje sdílený prostor mezi robotem a lidskou obsluhou. U bezpečnostně klasifikovaného monitorovaného zastavení se předem předpokládá, že ve společném prostoru s člověkem se robot vůbec nepohybuje. U ručního vedení existuje mylná představa, že se tato metoda používá pro výuku. Nelson Sheaová vysvětluje, že v tomto případě tomu tak není.

„Když pohybujete ramenem robotu, abyste ho naučili určité úkony, nejedná se o ruční vedení v kolaborativním smyslu. Nelze hovořit o automatickém režimu, když to děláte tímto způsobem,“ popsala situaci Nelson Sheaová.

Ruční vedení, tak jak je aplikováno u kolaborativního provozování, indikuje stav, kdy robot a člověk zaujímají sdílený prostor a robot se pohybuje pouze v případě, že je pod přímou kontrolou dané obsluhy.

„V rámci metody monitorování rychlosti a oddělenosti je robotu i obsluze umožněno pohybovat se v daném prostoru,“ konstatovala Nelson Sheaová, „ale pokud se vzdálenost mezi robotem a člověkem zkrátí pod určitou stanovenou mez, robot se zastaví a přejde automaticky do prvního scénáře (bezpečnostně klasifikované monitorované zastavení). U omezení výkonu a síly může existovat kontakt mezi člověkem a robotem, ale výkon a síla robotu jsou omezeny a robot je dostatečně polstrován, takže pokud dojde k nějaké vzájemné srážce, obsluze nehrozí žádné zranění či újma.“

Je rovněž možné, aby v jednom robotickém systému byla zastoupena jakákoli kombinace těchto čtyř uvedených metod kolaborativního provozování, dokonce všechny čtyři najednou. Nová norma TS 15066 obsahuje vzorce pro výpočet ochranné bezpečnostní vzdálenosti aplikované u metody monitorování rychlosti a oddělenosti. Ale možná nejzajímavější součástí technické specifikace je příloha, která obsahuje návod pro stanovení mezních hodnot bolesti pro různé části lidského těla, zejména u aplikací metod omezení výkonu a síly. Data pak mohou být extrapolována pro určení dovolené rychlosti u aplikací vzájemné spolupráce.

„I když máme k dispozici informace o všech čtyřech typech kolaborativního provozování, pro nás jsou nejzajímavější informace, jež se týkají robotů s omezením výkonu a síly,“ uvedl Jean-Philippe Jobin zastávající post technického ředitele ve společnosti Robotiq, která vyrábí adaptivní chapadla pro kolaborativní roboty; společnost bychom našli ve městě Lévis (Quebec, Kanada). „Na trhu je v současné době více typů těchto robotů, ale kromě normy ISO 10218 neexistovaly jasné pokyny pro jejich bezpečnou instalaci v podnicích.“

Jobin založil společnost Robotiq v roce 2008 jako spin-off firmu při Lavalské univerzitě spolu s nynějším prezidentem této společnosti Samuelem Bouchardem a Vincentem Duchainem. Jobin je rovněž technický expert ve výboru ISO, kde spolupracuje s Nelson Sheaovou. 

Začněte s hodnocením rizika

Sheaová společně s Jobinem zdůrazňují, že nejdůležitějším faktorem jakékoli integrace robotů v rámci spolupráce s lidmi je vyhodnocení rizik.

„Vyhodnocení rizik je nejdůležitějším aspektem,“ upozornil Jobin, „pokud vaše aplikace vyžaduje trochu vyšší sílu nebo výkon, než je uvedeno v dokumentu, neznamená to automaticky, že není bezpečná. Údaje, které máme z této technické specifikace k dispozici, se vztahují k intenzitě bolesti, zatímco norma ISO 10218 vyžaduje zajištění toho, aby nemohlo dojít k žádnému zranění.“

„Existuje rozdíl mezi bolestí a zraněním,“ dodal. „Uživatel může vykonat zkušební testy, které mají prokázat, že i když je intenzita bolesti o něco vyšší, než uvádí norma ISO/TS 15066, pořád se pohybujeme v bezpečné zóně, protože lze dokázat, že robot nemůže ublížit lidem nebo je zranit za těchto specifických okolností.“

Jobin rovněž poznamenal, že je velmi důležité si uvědomit, že při posuzování rizika je hlavním zájmem aplikace, a nikoli robot.

Pokud se podíváte na daný dokument, zřídkakdy je v něm výslovně uveden výraz „robot“. Spíše se setkáme s pojmy, jako je např. kolaborativní pracovní buňka nebo kolaborativní aplikace. Do toho jsou zahrnuty kabely, přípravky, svorky, robot a chapadlo, prostě vše, co se nachází uvnitř dané buňky.

Existuje mylná představa, že pokud je robot „ve své podstatě bezpečný“, pak je i jeho provozování bezpečné. Například pokud váš robot manipuluje s ostrými předměty, není bezpečné, aby pracovník, který se pohybuje v jeho bezprostřední blízkosti, nebyl vybaven ochrannými bezpečnostními prvky. Dalším případem je situace, kdy robot manipuluje s těžkým předmětem, který by mohl způsobit zranění, pokud by spadl nebo pokud by se z něj při určité rychlosti stal projektil.

Bezpečnost a ochrana zdraví při práci byly hlavním faktorem v rámci procesu robotizace ve společnosti GE Lighting a měly podnítit důvěru pracovníků v nový způsob vzájemné spolupráce s roboty.

„U nás v GE je bezpečnost prioritou,“ zdůraznil Menassa. „U jakékoli aplikace nejde o to, zda je robot bezpečný, jde o to, zda je daný úkon bezpečný! Proto provádíme analýzu založenou na rizicích. Dodržujeme všechna pravidla a všechny standardy stanovené sdružením RIA. Přivedli jsme odborníky ze sdružení RIA, aby nás vyškolili. Ujišťujeme se, že rozumíme tomu, co daný robot dělá, jaký je tvar koncového efektoru, zda se tam nenachází něco ostrého či něco, co by mohlo člověku případně ublížit.“

„Pokud se domníváme, že existuje potřeba ochrany nad rámec omezení síly či točivého momentu robotu, umístíme příslušné bezpečnostní zařízení, jako je například světelná clona nebo laserový snímač, abychom ještě více přispěli ke zmírnění rizika,“ zdůvodnil princip opatření Menassa.

Technická zpráva registrovaná v programu ANSI pod číslem RIA TR R15.306-2016 – Metodika hodnocení rizika založená na úkonech popisuje jednu metodu hodnocení rizika, která splňuje požadavky normy R15.06 vydané v roce 2012, včetně její aktualizace z roku 2016.

„Sdružení RIA zveřejnilo metodu, podle níž provádíme hodnocení úkonů. Procházíme jednotlivé kroky procesu a používáme jejich metodiku k posouzení, zda existuje nějaké riziko, a zjišťujeme rovněž míru jeho závažnosti,“ konstatoval Menassa. „Snažíme se o provedení jakéhokoli konstrukčního řešení, jen abychom přispěli ke zmírnění daného rizika.“ 

Oči, které hledí na prováděnou práci

Kromě kinematicky velmi důmyslně propracovaného sedmiosového ramena, které umožňuje robotům pracovat v těsných prostorech provozních dílen GE, představují jednu z unikátních vlastností robotu zn. Sawyer animované oči na LCD displeji. Tyto oči ve skutečnosti nevidí nic; jsou zde vestavěny snímače vidění v hlavě a ramenu. Oči slouží pro dobrý a bezpečný pocit obsluhy.

„Lidé se diví a ptají, proč má robot oči?“ pokračoval Menassa. „Pro nás je tato vlastnost velmi důležitá. Aby se lidé v blízkosti těchto robotů cítili bezpečně, potřebují vědět, co bude robot dělat dál. Oči na obrazovce jsou velmi důležité, protože se začnou dívat doleva, dříve než se robot (jeho rameno) pohne směrem doleva.“

Poté, co společnost GE představila svým pracovníkům robot, další krok spočíval v uvedení robotu zn. Sawyer do výrobní zóny. „Zvolili jsme některé z aplikací, o nichž jsme si mysleli, že budou pro naše účely přínosné, a začali jsme je používat. Nejprve ale jen tak okrajově, aby si lidé začali pomalu zvykat na samotnou přítomnost robotu na dílně,“ vysvětloval dále Menassa.

Naučit robot, aby prováděl žádaný úkon, je velmi jednoduché. Výzvou v rámci robotických aplikací je vždy podávání materiálu. Odkud materiál přichází, jakým způsobem přichází, jak ho uchopíme a jak ho budeme držet? Jak budeme recyklovat přepravní kontejnery? Jaká je nejlepší orientace robotu, aby zvedl a pak spustil daný výrobek, tak abyste nešli přes setrvačnost v 3D prostoru? To by byla ztráta doby cyklu. Pokud jsme schopni vyvarovat se toho, robot může provádět jen svůj přidělený úkol. 

Přidaná hodnota od začátku

V prosinci 2015 se robot zn. Sawyer připojil ke svým lidským spolupracovníkům na hlavní montážní lince v GE. „V rámci jakéhokoli lidského úkonu, ať už se jedná o 60sekundový cyklus, nebo 2minutový cyklus, zjistíte, že 50 % až 70 % daného času se promítne do tzv. neproduktivního času,“ připustil Menassa. „Hovoříme o případech, kdy odcházíte od práce, abyste uchopili nějaký nástroj či součást nebo abyste prostudovali příslušný dokument, nebo když se pohybujete po buňce. Teprve až v okamžiku, kdy vložíte součást do celkové sestavy, se jedná o čas přidané hodnoty. Zbytek je neproduktivní. Ve skutečnosti se v některých případech jedná o ztrátový čas.

„Robot zn. Sawyer uchopuje součásti a vkládá je do sestavy. Člověk se ujišťuje, že to provedl správně, a vkládá poslední šrouby, a to s využitím toho, v čem jsou lidé stále lepší než roboty – obratnost, vnímání a logika. Pro nás je velmi důležité zvýšit roli člověka na montážní lince a zaměřit se na kvalitu a na přidanou hodnotu.“

„Jednalo se skutečně o ohromné vítězství,“ zdůraznil Menassa. „Existuje zde podnik, který potřebuje rozšířit svou kapacitu kvůli zvýšené poptávce. Otázkou je, jak zajistíte tento zvýšený objem výroby bez současného navýšení lidské pracovní síly? Někdy je velmi obtížné přidávat lidi kvůli prostorovým omezením. Přidáním robotů jsme dosáhli vyšší produkce se stejným počtem lidí za nejnižší možnou cenu a s nízkou flexibilitou. Představa o nízkonákladové flexibilní automatizaci se skutečně proměnila ve spolupráci lidí s roboty.“

Menassa též sdělil, že společnost GE vyvíjí rovněž mobilní kolaborativní roboty spolu s partnerskými dodavateli. „Propojení spolupráce s mobilitou nám poskytne konečnou představu o tom, že budeme mít mobilní robot, který se bude pohybovat po továrně a provádět více úkonů, přičemž každá minuta robotu bude maximálně využita, a to zejména v malém objemu výroby. Nyní máme mobilní roboty, které dohlížejí na CNC a aditivní výrobní stroje. Rozšiřování spolupráce robotů se stroji umožní společnosti GE zůstat flexibilní a agilní a zároveň synchronizovat navyšování objemu výroby s automatizovanou mobilní spoluprací.“ Ř&Ú

Tanya M. Anandanová je přispěvatelka sdružení Robotic Industries Association (RIA) a CFE Media Partner.

Autor: Tanya M. Anandanová, Robotic Industries Association (RIA)


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

WEBINÁŘ: Trendy v IIoT V
2017-09-13 - 2017-09-13
Místo: webinář
3. ročník konference SMART HOME
2017-09-19 - 2017-09-19
Místo: Grandior Hotel Prague, Na Poříčí 42, Praha, konferenční sál C + D
Moderní technologie pro potravinářský průmysl IV
2017-09-20 - 2017-09-20
Místo: Kongresové centrum Praha
Moderní technologie pro farmaceutický průmysl IV
2017-09-21 - 2017-09-21
Místo: Kongresové centrum Praha
MSV 2017 - Mezinárodní strojírenský veletrh
2017-10-09 - 2017-10-13
Místo: Výstaviště Brno

Katalog

Brady s.r.o
Brady s.r.o
Na Pantoch 18
831 06 Bratislava
tel. +421 2 3300 4862

ABB s.r.o.
ABB s.r.o.
Štětkova 1638/18
14000 Praha 4
tel. +420739552216

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

Panasonic Electric Works Europe AG
Panasonic Electric Works Europe AG
Veveří 3163/111
616 00 Brno
tel. +420 541 217 001

všechny firmy
Reklama



Tematické newslettery






Anketa


Na horách/u moře
Na chalupě/chatě v tuzemsku
Co je to dovolená?

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright © 2007-2017 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI