„Ramię w ramię” z robotami, czyli jak współpracować bezpiecznie

Źródło: ABB

Robotyzacja pozwala osiągać wyższą wydajność, dokładność i optymalizację kosztów. Robotyzacja procesów produkcyjnych staje się więc standardem w wielu zakładach. Nie ma wątpliwości, że roboty zwiększają efektywność przedsiębiorstw i linii produkcyjnych, a także minimalizują ryzyko błędów. Przekłada się to na ogromny rozwój przemysłu 4.0, a co za tym idzie – zwiększone zapotrzebowanie na rozwiązania z zakresu systemów bezpieczeństwa. Jak jednak przestrzegać norm w tak dynamicznie zmieniających się realiach branżowych?

Przez wiele lat ze względów bezpieczeństwa współpraca między maszyną a człowiekiem oparta była na tzw. wygrodzeniu, czyli specjalnie wyznaczonej, oddzielnej strefie, niedostępnej dla ludzi w chwili pracy robota. Jednak rozwój technologii sprawił, że coraz częściej w przemyśle stosuje się roboty współpracujące nowej generacji, tzw. coboty, które dzielą przestrzeń roboczą z człowiekiem. Firmy stoją przed wyzwaniem, aby innowacje w zakresie robotyzacji szły w parze z bezpieczeństwem pracowników, które zawsze powinno stanowić priorytet każdego przedsiębiorstwa.

Początek robotów przemysłowych sięga połowy ubiegłego wieku, jednak to w ostatnich latach wraz z dynamicznym rozwojem przemysłu 4.0 współpraca ludzi i robotów szczególnie przybrała na sile. Badania pokazują, że na skutek robotyzacji ponad 83% firm zwiększyło skalę produkcji, 67% zauważyło spadek kosztów produkcji, 54% podniosło rentowność, a 33% badanych firm zwiększyło swoją sprzedaż za granicą (badanie IBnGR – „Wpływ robotyzacji na konkurencyjność polskich przedsiębiorstw”, 2015 r.). Maszyny z założenia miały ułatwić człowiekowi pracę, zapewniając powtarzalność i precyzję realizacji zadań, które dla człowieka mogły być nużące lub męczące, co wpływało na zwiększone ryzyko popełnienia przez pracownika błędu. Automatyzacja sprawia, że niektóre branże, jak na przykład górnictwo, stały się dzięki niej bezpieczniejsze. Jednak wprowadzanie jej na coraz większą skalę niesie ze sobą konieczność wdrożenia konkretnych systemów bezpieczeństwa, minimalizujących ryzyko na linii współpracy człowiek – robot.

Każda aplikacja sterująca robotem musi być dostosowana do konkretnych potrzeb użytkownika, zatem nie można mówić o istnieniu uniwersalnej technologii, która byłaby w stanie zapewnić bezpieczeństwo we wszelkich możliwych instalacjach. Aby środowisko pracy robota spełniało niezbędne normy, należy całościowo uwzględnić budowę samej maszyny, narzędzia czy specyfikę innych urządzeń wykorzystywanych w procesie. W praktyce oznacza to, że każda instalacja wymaga indywidualnej oceny bezpieczeństwa. Zaletą aplikacji jest niewątpliwie programowalność robota, czyli możliwość zmiany zaprogramowanych ruchów bez ingerencji w strukturę mechaniczną lub układ sterowania, umożliwiająca całkowite dostosowanie i modyfikację systemu bezpieczeństwa danej instalacji. Przed wdrożeniem robota firmy powinny rozważyć wizytę referencyjną i przeprowadzenie testów w centrum aplikacji. Taką możliwość daje np. Regionalne Centrum Aplikacji Zrobotyzowanych w Warszawie firmy ABB. Pozwala sprawdzić wydajność aplikacji zrobotyzowanej, a przede wszystkim potwierdzić, czy rozwiązanie techniczne z robotem, jakie zamierzamy wdrożyć, sprawdzi się w rzeczywistych warunkach produkcyjnych.

Źródło: ABB

Roboty do zadań specjalnych

Jeżeli zaangażowanie pracownika w proces produkcyjny jest niemożliwe, np. ze względu na warunki produkcji, wówczas maszyny oddzielane są mechanicznymi elementami zabezpieczającymi. Dostęp do strefy robotów jest w pełni kontrolowany, udzielany jedynie z konieczności prac serwisowych. Strefa oddzielona jest drzwiami bezpieczeństwa wyposażonymi w specjalne czujniki, które zatrzymują pracę robota w chwili ich otwarcia. Robot, pozostając w zamkniętej strefie, może realizować prace niebezpieczne dla człowieka. Tak jak w przypadku prac odlewniczych, gdzie temperatura sięga kilkuset stopni Celsjusza i wykonanie czynności przez pracownika w takich warunkach byłoby niemożliwe. Aplikacje z odgrodzoną strefą pracy robota stosuje się również przy czynnościach, które są dla człowieka szkodliwe lub ryzykowne: piaskowaniu, skrawaniu, operowaniu ciężkimi ładunkami czy paletyzacji.

Tworzenie wygrodzeń i specjalnych osłon, które zmniejszają lub eliminują bezpośredni dostęp do strefy pracy robota, to jednak niejedyne rozwiązanie zwiększające bezpieczeństwo eksploatacji robota. W powszechnym zastosowaniu są też podzespoły elektromechaniczne, takie jak wyłączniki bezpieczeństwa, blokady i moduły, które utrudniają celowe obejście zabezpieczeń. Oczywiście każdy pracownik powinien przejść odpowiednie szkolenie z obsługi maszyn i mieć świadomość, jak istotne jest przestrzeganie zasad BHP czy zaleceń producentów. Pracodawcy często stosują jednak dodatkowe rozwiązania pozwalające na lokalizację pracownika w pobliżu instalacji, by do minimum ograniczyć ryzyko wystąpienia niebezpiecznego zdarzenia. Wykorzystywane są więc zabezpieczenia optoelektroniczne, laserowe skanery czy kamery 3D. Ponadto zapewnieniu ochrony służą również wielofunkcyjne sterowniki bezpieczeństwa, monitorujące prędkości i położenie w pobliżu aplikacji. Nad integracją wszystkich tych systemów czuwają z kolei złożone moduły sieciowe.

Źródło: ABB

Techniki współpracy

Mechaniczne wygrodzenie to jedno z podstawowych zabezpieczeń w przypadku robotów oddzielonych, jeśli natomiast pracownik i robot współdzielą obszar roboczy, bezpieczeństwo zapewniają komponenty wbudowane w maszyny bądź bezpośrednio na nich umieszczone. Zgodnie z obowiązującymi przepisami rozwiązania te powinny, według normy PN-EN ISO 10218-1, spełniać poziom bezpieczeństwa PL(d) oraz architekturę kategorii 3. Mimo rygorystycznych i dosyć precyzyjnych przepisów dotyczących bezpieczeństwa współpraca z cobotami również może wiązać się z pewnym ryzykiem, np. wystąpieniem kolizji między maszyną a pracownikiem, jako że strefy pracy człowieka i robota w pewnym zakresie nachodzą na siebie.

W przypadku współpracy z cobotami istnieją dwa najbardziej prawdopodobne rodzaje zdarzenia: uderzenie i zacisk, szczególnie niebezpieczny dla pracownika. Ze względu na te zagrożenia ogranicza się w robotach np. elementy zaciskowe, a także stosuje zaawansowane mechanizmy sterowania czy inteligentne czujniki, które zapobiegają wypadkom lub, jeśli do nich dojdzie, wstrzymują pracę urządzenia. Robota służącego m.in. do montażu małych części cechuje wysoki stopień bezpieczeństwa w trakcie eksploatacji – dwuramienna konstrukcja nie zawiera bowiem elementów grożących uszczypnięciem czy zakleszczeniem. Zaokrąglone osłony, wbudowane przewody i niska masa pozwalają na instalację cobota bez odgradzania jego strefy pracy.

Należy przy tym pamiętać, że powyższe sytuacje, przy przestrzeganiu określonych standardów bezpieczeństwa, należą do rzadkości. Coboty doskonale sprawdzają się we współpracy z ludźmi, odciążając ich w uciążliwych i monotonnych zadaniach.

Źródło: ABB

Inteligentny monitoring

W sytuacji gdy współpraca między robotem a człowiekiem zakłada operowanie większymi ładunkami, wyżej wymienione koncepcje bezpieczeństwa są niewystarczające. W obrębie współpracy z robotem wyznaczane są wówczas konkretne strefy, których granice można dynamicznie regulować i dostosowywać do zmieniających się potrzeb. Ogromną rolę odgrywa tutaj stopniowy monitoring i obserwacja zdarzeń – umożliwia to określenie, czy człowiek znajduje się w promieniu możliwych niebezpiecznych ruchów maszyny (strefa ostrzegania), czy jest już w zasięgu strefy bezpieczeństwa.

Innowacyjne rozwiązania z zakresu monitoringu przestrzeni powstają niemal każdego dnia, stwarzając nowe możliwości w zakresie projektowania aplikacji. Dalsza ewolucja tych rozwiązań zależy od przyszłych potrzeb instalacji. Zamiast natychmiast zatrzymywać pracę robota, można byłoby reagować bardziej elastycznie, gdyby robot znał bezpieczny zakres swojego ruchu, a kamery rejestrowały na bieżąco położenie ludzi w jego obrębie.

Źródło: ABB

Czy ustawy wierzą w roboty?

Wymieniając technologiczne rozwiązania, które zwiększają bezpieczeństwo na linii produkcji robot–człowiek, nie można zapominać o standardach i procedurach prawnych, które powinny regulować wszelkie aplikacje. Projektanci systemów zrobotyzowanych muszą bezwzględnie pamiętać o unijnych dyrektywach regulujących bezpieczeństwo pracy stanowisk zrobotyzowanych. Należy ciągle sprawdzać ich aktualność. Kolejnym zabezpieczeniem jest umieszczenie przez producenta znaku CE na swojej aplikacji, co stanowi potwierdzenie, że instalacja spełnia wszelkie wymogi w zakresie bezpieczeństwa ochrony i zdrowia.


Robert Pacwa – absolwent Politechniki Śląskiej, kierunku Automatyki i Robotyki na wydziale Mechanicznym Technologicznym. W firmie ABB pracuje od 2012 r. Zawodowo z branżą robotyki związany od 2006 r., początkowo jako kierownik projektów aplikacji zrobotyzowanych, a obecnie jako kierownik działu sprzedaży robotyki ABB w Polsce.