Bezpieczeństwo cobotów
Wymagania bezpieczeństwa dla stanowisk z robotami współpracującymi po raz pierwszy zebrano w opublikowanym w 2016 r. standardzie ISO/TS 15066. Uzupełniał on zalecenia w zakresie bezpiecznej współpracy z robotami przemysłowymi, określone w specyfikacjach ISO 10218-1 i ISO 10218-2. W najświeższej aktualizacji tych ostatnich zostały do nich włączone wytyczne ISO/TS 15066 (patrz ramka: "Normy bezpieczeństwa stanowisk zrobotyzowanych").
Tryby pracy robotów współpracujących – bezpieczny stop oraz kontrola ręczna
Praca z dostępną funkcją bezpiecznego kontrolowanego zatrzymania robota oraz prowadzenie ręczne to tryby, w których, jak się wydaje, nie można w pełni odczuć korzyści z pełnej współpracy na jednym stanowisku człowieka z cobotem.
W pierwszym przypadku jest on bowiem zatrzymywany, zanim operator znajdzie się w sytuacji jakiegokolwiek zagrożenia we wspólnej przestrzeni roboczej albo będzie na nie narażony. Jest to równoważne funkcji bezpiecznego stopu 2 (SS2) według specyfikacji IEC 61800-5-2.
Z kolei w trybie kontroli ręcznej ruch robota wymusza operator, poruszający ramieniem cobota, posługujący się manipulatorem albo aktywujący stosowne elementy sterownicze. Prędkość ruchu cobota jest wówczas bezpieczna dla człowieka.
Za podstawową aplikację trybu prowadzenia ręcznego uważa się poruszanie robotem w celu wskazania mu punktów albo poprowadzenia go ścieżką – co jest niezbędne do zrealizowania wykonywanych przez niego operacji na etapie jego programowania. To ważne zastosowanie tej funkcji, lecz niejedyne. Innym przykładem jest stanowisko przenoszenia obiektów, np. z miejsca ich składowania na stanowisko dalszej obróbki.
W tym przypadku robot na początku każdego cyklu pracuje autonomicznie, pobierając ładunek np. z regału, dzięki czemu odciąża operatora na tym powtarzalnym i wymagającym wysiłku fizycznego etapie. Następnie cobot przechodzi w tryb pracy prowadzenia ręcznego, pod kontrolę operatora. Ten prowadzi go na stanowisko montażu, gdzie ładunek jest pozostawiany. Tam operator może zająć się jego obróbką, w czasie gdy robot, ponownie po przełączeniu w tryb autonomiczny, powraca do regału. Ponieważ operator nie musi samodzielnie pobierać części ze składu, może poświęcić więcej czasu i sił na wykonanie właściwej pracy, a jednocześnie, prowadząc cobota, reguluje tempo dostaw detali do obróbki, stosownie do możliwości.
W zakresie bezpieczeństwa aplikacji z robotami współpracującymi za nadrzędny cel uznaje się to, by do zetknięcia pracownika z robotem nie doszło – lub gdy kontakt między pracownikiem a robotem jest dozwolony i przypadkowo albo celowo do niego dochodzi, nie powodował on u takiej osoby obrażeń ani bólu. Założenia te można osiągnąć, realizując na zrobotyzowanym stanowisku jeden z zalecanych przez standardy ISO sposobów kooperacji cobota z jego ludzkimi współpracownikami.
W tym zakresie wyróżniono cztery tryby: pracę z dostępną funkcją bezpiecznego kontrolowanego zatrzymania robota (Safety-rated Monitored Stop, SMS), prowadzenie ręczne (Hand Guiding, HG), pracę z zapewnieniem monitorowanej prędkości oraz odległości człowieka i robota (Speed and Separation Monitoring, SSM), a także pracę przy ograniczonej sile i mocy robota (Power and Force Limiting, PFL). Najczęściej coboty pracują w tej ostatniej opcji.
Normy bezpieczeństwa stanowisk zrobotyzowanych
Na początku tego roku została ogłoszona długo wyczekiwana nowa wersja ISO 10218. Po wielu latach pracy międzynarodowych ekspertów ta podstawowa norma bezpieczeństwa na stanowiskach z robotami przemysłowym została zmieniona, głównie w celu dostosowania jej wytycznych do nowych możliwości i wyzwań wynikających z rozwoju technologii.
Aktualna norma ISO 10218 składa się z dwóch części:
- ISO 10218-1:2025 Robotyka – Wymagania bezpieczeństwa – Część 1: Roboty przemysłowe; – ISO 10218-2:2025 Robotyka – Wymagania bezpieczeństwa – Część 2: Zastosowania robotów przemysłowych i stanowiska robotów.
Zastępują one wersje ISO 10218-1 i ISO 10218-2 z 2011 r. Tak jak wcześniej, część pierwsza jest skierowana do producentów robotów przemysłowych, a druga do integratorów stanowisk zrobotyzowanych.
Nowa wersja ISO 10218-1 zawiera aktualizacje, które koncentrują się na doprecyzowaniu wymagań dotyczących bezpieczeństwa robotów przemysłowych, co ma na celu poprawę ich przejrzystości i łatwości stosowania. Zmiany obejmują wytyczne w zakresie konstrukcji robotów, zalecenia dotyczące trybów pracy i bezpieczeństwa funkcjonalnego.
Przykładowo, dodano wymóg dotyczący "zdolności podnoszenia". Gdy robot przemysłowy podnosi i przemieszcza część w przestrzeni, na jego ramię działają różnego rodzaju siły, przyspieszenia, momenty obrotowe. O ile w poprzedniej wersji normy nie określono "współczynnika bezpieczeństwa podnoszenia" ani "współczynnika bezpieczeństwa dynamicznego ruchu", o tyle w wersji z 2025 r. zostały już one zdefiniowane. Ponadto w jej pierwszej części znacząco poszerzono wymagania i zwiększono przejrzystość w zakresie funkcji bezpieczeństwa – dokument z 2011 r. wymagał wdrożenia zaledwie kilku funkcji bezpieczeństwa, a w nowym wydaniu obowiązuje ich ponad dwadzieścia. Normę uzupełniono również o zalecenia z ISO/TS 15066:2016, czyli wymogi bezpieczeństwa robotów współpracujących.
Ważną zmianą w ISO 10218-2 jest z kolei zastąpienie pojęcia "system robota" terminem "zastosowanie robota", które jest szersze i obejmuje też obrabiane przedmioty, program oraz maszyny i urządzenia wspomagające aplikację. Uwzględniono wymogi bezpieczeństwa dla zastosowań współpracujących (ISO/TS 15066). Doprecyzowano także wytyczne w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego oraz dodano te dotyczące cyberbezpieczeństwa robotów przemysłowych.
W wydaniu normy ISO 10218 z 2025 r. nie używa się już terminów "robot współpracujący", ani "operacja współpracująca", które zastąpiło pojęciem "zastosowanie współpracujące". Oprócz tego we wcześniejszej wersji termin "przestrzeń chroniona" odnosił się do obszarów, w których pracownicy byli chronieni przed zagrożeniami za pomocą barier fizycznych. W ISO 10218-2:2025 pojęcie to oznacza obszar, który może się zmieniać, jeżeli zaistnieje taka potrzeba. Ta elastyczność dotyczy aplikacji zarówno robotów współpracujących, jak i tych oddzielonych barierami fizycznymi. Ponadto termin "monitorowane zatrzymanie bezpieczeństwa" został zmieniony na "monitorowane zatrzymanie".
Na czym polega tryb PFL?
W tym trybie robot może bezpiecznie współpracować z ludźmi, ponieważ w przypadku kontaktu z czymkolwiek zatrzymuje się. W związku z tym musi być wyposażony w czujnik dotykowy, który wykryje jego zderzenie z innym obiektem. W tym celu wykorzystywane są sensory różnego typu.
Przykładem mogą być czujniki siły i momentu wbudowane w przeguby robota. Monitoruje się także natężenie prądu silników napędów w tych ostatnich. Umieszczanie sensorów w tym elemencie robota stanowi jedno z popularniejszych rozwiązań. Czujniki siły i momentu są też montowane w podstawach cobotów. Dzięki temu, przykładowo, jeżeli jest on zaprogramowany do wykonywania zadania w jednym kierunku, zatrzyma się, gdy natknie się na przeszkodę, ponieważ sensor siły wykryje jej nieprawidłową składową. Jest to podejście popularne szczególnie w przystosowywaniu zwykłych robotów przemysłowych do współpracy z ludźmi. W tym celu obudowuje się je również osłonami wyposażonymi w sensory ciśnienia, wykrywające zmianę tej wielkości, wywołaną odkształceniem w wyniku kontaktu z innym obiektem.
Ponieważ w tym trybie pracy kontakt między człowiekiem a cobotem jest dopuszczalny, powinien on być maksymalnie dla ludzi bezpieczny. Dlatego, aby ograniczyć potencjalne obrażenia, roboty tego typu muszą poruszać się bardzo wolno i mogą pracować jedynie przy ograniczonym udźwigu. Oprócz tego mają przeważnie bardziej zaokrąglone kształty niż zwykłe roboty przemysłowe. Taka konstrukcja zapewnia rozłożenie siły uderzenia na większej powierzchni, co zmniejsza nacisk, jaki jest wywierany na obiekt, z którym robot się zetknął.
Krzysztof Dzwonkowski
Lenze
Jakie rozwiązania oferują Państwo w zakresie bezpieczeństwa robotów przemysłowych i systemów intralogistycznych?
Dla zadań z zakresu bezpieczeństwa mamy w ofercie zarówno rozwiązania opierające się na programowanym sterowniku bezpieczeństwa, jak i funkcjonalność bezpieczeństwa zintegrowaną w przemiennikach częstotliwości – od prostej, takiej jak STO, po zaawansowaną, w rodzaju np. PDSS, OMS.
Które z Państwa produktów lub technologii są najczęściej wybierane przez klientów z sektora przemysłowego?
Aktualnie klienci najczęściej sięgają po rozwiązania stosowane w przemiennikach – sterowane za pomocą zacisków lub poprzez bezpieczną komunikację, taką jak FSoE czy Profisafe.
Jakie kluczowe trendy w zakresie bezpieczeństwa robotyki i intralogistyki obserwują Państwo w ostatnich latach?
Aktywnie promujemy trend wprowadzania funkcji bezpieczeństwa nawet do najprostszych napędów. Przykładem jest możliwość realizacji funkcji bezpiecznej prędkości (SLS) bez konieczności stosowania certyfikowanego sprzężenia zwrotnego.
Jakie największe wyzwania stoją dziś przed zakładami przemysłowymi w kwestii zapewnienia bezpieczeństwa systemów robotycznych i logistycznych?
Największe wyzwania dotyczą zapoznania klientów z obowiązującymi ich wytycznymi bezpieczeństwa, aby projektowane przez nich maszyny były jednocześnie efektywne i bezpieczne dla obsługi.
W jaki sposób Państwa rozwiązania pomagają łączyć wysoką produktywność z wymaganiami bezpieczeństwa pracy?
Jest to możliwe dzięki szerokiej integracji funkcji bezpieczeństwa ze sterowaniem procesowym oraz zastosowaniu specjalistycznych funkcjonalności, które obejmują szerszy zakres ochrony – np. funkcji PDSS w układnicach.
Czy oferują Państwo rozwiązania wspierające współpracę człowieka z robotem (coboty, systemy kolaboracyjne) w kontekście bezpieczeństwa?
Nie, tego typu zadania pozostawiamy wyspecjalizowanym firmom zajmującym się robotyką, z którymi ściśle współpracujemy. Ze swojej strony możemy zaproponować rozwiązanie w postaci wirtualnego bliźniaka, umożliwiającego swobodne testowanie oraz weryfikację oprogramowania maszyny w bezpiecznym, cyfrowym środowisku.
Jakie znaczenie mają w Państwa ofercie systemy cyfrowe (np. monitorowanie w czasie rzeczywistym, analityka, predictive maintenance) dla poprawy bezpieczeństwa robotyki i intralogistyki?
Typowe inteligentne systemy cyfrowe wspierające bezpieczeństwo maszyn stanowią doskonałe uzupełnienie naszej kompleksowej oferty – i to nie tylko w obszarze funkcji bezpieczeństwa. Rozwiązania takie, jak monitorowanie wskaźnika OEE czy wczesne wykrywanie potencjalnych awarii, są dostępne jako gotowe moduły, które można bezpośrednio zaimplementować w naszych sterownikach PLC.
Które regulacje prawne, normy lub standardy bezpieczeństwa (np. ISO, dyrektywy UE, wytyczne BHP) mają dziś największy wpływ na rozwój Państwa produktów?
Obecnie aktualizacja normy EN 619 o urządzeniach i systemach transportu ciągłego.
Czy mogą Państwo podać przykład wdrożenia, w którym zastosowane rozwiązania znacząco poprawiły poziom bezpieczeństwa w zakładzie przemysłowym lub centrum logistycznym?
Najwięcej takich przypadków dotyczy modernizacji starszych maszyn. Oprócz zwiększenia ich wydajności działania te pozwalają na dostosowanie urządzeń do aktualnych wymogów bezpieczeństwa.
Jakie przewagi konkurencyjne wyróżniają Państwa ofertę w obszarze bezpieczeństwa robotyki i intralogistyki?
Na szczególną uwagę zasługują nasze dodatkowe funkcje bezpieczeństwa, rozszerzające standardowy zestaw możliwości – np. wspomniana PDSS, pozwalająca na optymalizację buforów w układnicach. Jeszcze ciekawszym i wygodniejszym rozwiązaniem jest wbudowany w program Easy Starter kreator testów funkcjonalności bezpieczeństwa. Dzięki jego zastosowaniu użytkownik otrzymuje gotowe protokoły odbioru, wzbogacone o czytelne wykresy oraz przejrzyste podsumowanie wyników.
Stosowane są też specjalnie wykonane podkładki (elastyczne, grube), które amortyzują uderzenia, nie dopuszczając do przekroczenia maksymalnych dopuszczalnych poziomów siły ani nacisku na ludzkie ciało. Limity te zostały podane w standardzie ISO/TS 15066, gdzie zebrano także wytyczne w zakresie określenia maksymalnej dopuszczalnej prędkości na stanowiskach z tego typu cobotami.
Specyfika PFL znacząco zawęża zakres zadań, które można zrealizować w tym trybie. Alternatywą jest kooperacja z zapewnieniem monitorowanej prędkości oraz odległości człowieka i cobota (patrz ramki: "Tryby pracy robotów współpracujących").
