産業用ロボットは、高い生産性の要求を満たす必要があるあらゆる業界で使用されています。 ただし、ロボットの使用には、製造担当者、プログラマー、メンテナンス専門家、およびシステム エンジニアに危険が生じるのを回避するために、適切な安全制御の設計、適用、および実装が必要です。
産業用ロボットはなぜ危険なのですか?
ロボットの定義の XNUMX つは、「自由にプログラムでき、ヒューマン インターフェースをほとんどまたはまったく必要とせずに操作できる、動く自動機械」です。 これらのタイプのマシンは、現在、トレーニングを含む産業および医療全体のさまざまなアプリケーションで使用されています。 産業用ロボットは、複雑な設備での新しい製造戦略 (CIM、JIT、リーン生産など) などの重要な機能にますます使用されています。 それらの用途の数と幅、および機器と設置の複雑さにより、次のような危険が生じます。
- 動作半径内でのロボットの高速動作は、他の機械や装置の動作と重なることが多いため、追従するのがほとんど不可能な動作や一連の動作
- レーザーまたはウォータージェットによって放出されるような、飛行部品またはエネルギービームによって引き起こされるエネルギーの放出
- 方向と速度に関して自由にプログラム可能
- 外部エラーによる影響を受けやすい (例: 電磁適合性)
- 人的要因。
日本での調査によると、ロボットによる労働災害の 50% 以上が、制御システムの電子回路の故障に起因する可能性があることが示されています。 同じ調査で、「人的ミス」が原因であったのは 20% 未満でした。 この発見の論理的な結論は、システムの障害によって引き起こされる危険は、人間がとる行動的措置では回避できないということです。 したがって、設計者とオペレータは、技術的な安全対策を提供して実装する必要があります (図 1 を参照)。
図 1. 移動式溶接ロボットをセットアップするための特別な操作制御システム
事故と運転モード
産業用ロボットによる死亡事故は、1980 年代初頭に発生し始めました。 統計と調査によると、インシデントとアクシデントの大部分は、通常の操作では発生しません (関連する任務の自動履行)。 産業用ロボットの機械や設備で作業する場合、試運転、セットアップ、プログラミング、試運転、チェック、トラブルシューティング、メンテナンスなどの特別な操作モードに重点が置かれます。 これらの動作モードでは、人は通常危険ゾーンにいます。 安全コンセプトは、このような状況で人員を負の事象から保護する必要があります。
国際安全要件
1989 EEC 機械指令 (89/392/EEC) (この章の記事「CNC 工作機械の安全原則」およびこの章の他の箇所を参照) 百科事典)) 機械の主要な安全衛生要件を確立します。 機械は、相互に連結された部品またはデバイスの合計であると見なされ、そのうちの少なくとも 2 つの部品またはデバイスが移動可能であり、対応する機能を備えています。 産業用ロボットに関しては、マシン上の XNUMX つの機器だけでなく、システム全体が安全要件を満たし、適切な安全装置を取り付ける必要があることに注意する必要があります。 ハザード分析とリスク評価は、これらの要件が満たされているかどうかを判断する適切な方法です (図 XNUMX を参照)。
図 2. 人員セキュリティ システムのブロック図
通常運用における要件と安全対策
ロボット技術を使用すると、危険分析、リスク評価、および安全コンセプトに最大限の要求が課せられます。 このため、次の例と提案はガイドラインとしてのみ役立ちます。
1. 自動動作を伴う危険エリアへの手動または物理的なアクセスを防止する必要があるという安全上の目標を考えると、推奨される解決策には次のものが含まれます。
- 機械的なバリアを使用して、危険ゾーンへの手動または物理的なアクセスを防ぎます。
- 近づいたときに反応する種類の安全装置 (光バリア、安全マット) を使用し、アクセスまたは進入時に安全に機械のスイッチを切るように注意してください。
- システム全体が安全な状態にある場合にのみ、手動または物理的なアクセスを許可してください。 例えば、これは、アクセスドアに閉鎖機構を備えたインターロック装置を使用することによって達成することができます。
2. エネルギーの放出 (飛行部品またはエネルギーのビーム) の結果として人が負傷しないようにするという安全目標を考えると、推奨される解決策は次のとおりです。
- 設計は、エネルギーの放出を防止する必要があります (たとえば、対応する寸法の接続、グリッパー交換機構用のパッシブ グリッパー インターロック デバイスなど)。
- 対応する寸法の安全フードなどにより、危険ゾーンからのエネルギーの放出を防ぎます。
3. 安全制御システムが人員の存在を自動的に認識できるようにするには、通常操作と特殊操作の間のインターフェース (ドア インターロック デバイス、ライト バリア、安全マットなど) が必要です。
特殊運転モードでのお願いと安全対策
産業用ロボットの特定の特別な操作モード (セットアップ、プログラミングなど) では、操作の現場で直接評価する必要がある動きが必要です。 関連する安全目標は、いかなる動きも関係者を危険にさらす可能性があるということです。 動きは
- スケジュールされたスタイルと速度のみ
- 指示された時間だけ延長
- 人体のどの部分も危険ゾーンにないことが保証できる場合にのみ実行できるもの。
この目標に対する提案された解決策には、認識可能な制御を使用して制御可能で管理可能な動きのみを許可する特別な操作制御システムの使用が含まれる可能性があります。 したがって、移動速度は安全に減速され (絶縁変圧器の接続またはフェイルセーフ状態監視装置の使用によるエネルギー削減)、安全な状態が確認されてから制御が有効になります (図 3 を参照)。
図 3. マテリアル ゲートを備えた安全ケージ内の XNUMX 軸産業用ロボット
安全制御システムへの要求
安全制御システムの機能の XNUMX つは、障害が発生した場合に必要な安全機能が確実に機能することです。 産業用ロボット マシンは、危険な状態から安全な状態にほぼ瞬時に移行する必要があります。 これを達成するために必要な安全管理手段には、次の安全目標が含まれます。
- 安全制御システムの障害によって、危険な状態が引き起こされることはありません。
- 安全制御システムの障害を特定する必要があります (即時または間隔を置いて)。
信頼できる安全制御システムを提供するための推奨されるソリューションは次のとおりです。
- テスト回路を含む電気機械制御システムの冗長で多様なレイアウト
- 異なるチームによって開発されたマイクロプロセッサ制御システムの冗長で多様なセットアップ。 この最新のアプローチは最先端であると考えられています。 たとえば、セーフティ ライト バリアを備えたものなどです。
産業用ロボットの構築と使用に関する安全目標。
産業用ロボットを構築して使用する場合、メーカーとユーザーの両方が最先端の安全制御をインストールする必要があります。 法的責任の側面とは別に、ロボット技術が安全な技術であることを保証する道徳的義務もあるかもしれません。
通常動作モード
ロボット マシンが通常モードで動作している場合、次の安全条件を提供する必要があります。
- ロボットの移動範囲と周辺機器が使用する処理エリアは、自動移動の結果として危険なエリアに人が手動または物理的にアクセスできないように保護する必要があります。
- 工作物や工具が飛散して損傷しないように保護する必要があります。
- グリッパーの故障、グリッパーの電源障害、許容範囲外の速度、衝突、またはワークピースの故障により、ロボットによって排出された部品、ツール、またはワークピースによって、またはエネルギーの放出によって人が負傷してはなりません。
- エネルギーの放出または周辺機器から放出される部品によって人が負傷することはありません。
- 供給および排出口は、自動移動の結果として危険な領域への手動または物理的なアクセスを防止するように設計する必要があります。 この条件は、生産材料が除去されるときにも満たされている必要があります。 生産材料がロボットに自動的に供給される場合、供給および除去開口部と移動する生産材料によって危険な領域が作成されることはありません。
特別な操作モード
ロボット マシンが特別なモードで動作している場合は、次の安全条件を提供する必要があります。
生産工程における故障の修正中は、次のことを防止する必要があります。
- ロボットまたは周辺機器による自動動作が原因で危険な領域への手動または物理的なアクセス
- 危険な動作にさらされる領域に人または身体の一部がいる場合、システムの一部の誤った動作または許容できないコマンド入力から生じる危険
- 生産材料または廃棄物の移動または除去によって引き起こされる危険な移動または状態
- 周辺機器によるけが
- 通常の操作のために安全ガードを取り外して実行する必要がある動作は、操作範囲と速度の範囲内で、指示された時間だけ実行する必要があります。 さらに、危険にさらされている領域に人または体の一部が存在しない可能性があります。
セットアップ中は、次の安全な条件を確保する必要があります。
誤ったコマンドまたは誤ったコマンド入力の結果として、危険な動作が開始されることはありません。
- ロボット機械または周辺部品の交換によって、危険な動きや状態が引き起こされてはなりません。
- セットアップ作業を行う際に、通常の操作のための安全ガードを取り外して移動する必要がある場合、そのような移動は、指示された範囲と速度の範囲内で、指示された時間だけ行うことができます。 さらに、危険にさらされている領域に人または体の一部が存在しない可能性があります。
- セットアップ操作中、周辺機器が危険な動きをしたり、危険な状態を開始したりしてはなりません。
プログラミング中は、次の安全条件が適用されます。
- 自動動作のために危険な領域への手動または物理的なアクセスは防止する必要があります。
- 通常動作用の安全ガードを取り外した状態で移動を行う場合は、次の条件を満たす必要があります。
- (a) 移動の命令のみが実行され、それが発行されている間だけ実行されます。
- (b) 制御可能な動きのみを実行することができます (つまり、はっきりと見える低速の動きでなければなりません)。
- (c) 動作は、プログラマーまたは他の人に危険を及ぼさない場合にのみ開始できます。
- 周辺機器は、プログラマーや他の人に危険をもたらすものであってはなりません。
安全なテスト操作には、次の予防措置が必要です。
自動動作により危険なエリアへの手動または物理的なアクセスを防止します。
- 周辺機器が危険の原因になってはなりません。
ロボット マシンを検査するときの安全な手順には、次のものが含まれます。
- 検査目的でロボットの可動域に入る必要がある場合、これはシステムが安全な状態にある場合にのみ許可されます。
- システムの誤動作や許容できないコマンド入力によって引き起こされる危険を防止する必要があります。
- 周辺機器が検査担当者に危険を及ぼすことがあってはなりません。
トラブルシューティングでは、多くの場合、潜在的に危険な状態にあるときにロボット マシンを起動する必要があり、次のような特別な安全な作業手順を実装する必要があります。
- 自動移動の結果として危険なエリアへのアクセスは防止する必要があります。
- 誤ったコマンドまたは誤ったコマンド入力によるドライブユニットの起動を防止する必要があります。
- 欠陥のある部品を処理する際、ロボット側のすべての動きを防止する必要があります。
- 機械部品の飛び出しや落下による人身事故を防止する必要があります。
- トラブルシューティング中に、通常の操作のために安全ガードを取り外した状態で移動を実行する必要がある場合、そのような移動は、定められた範囲と速度の範囲内で、指示されている間だけ実行することができます。 さらに、危険にさらされている領域に人または体の一部が存在しない可能性があります。
- 周辺機器による怪我を防止する必要があります。
障害の修復と保守作業には、機械が危険な状態にあるときに起動する必要がある場合もあるため、次の予防措置が必要です。
- ロボットが起動できてはなりません。
- さまざまな機械部品の取り扱いは、手動または補助装置を使用して、危険にさらされるリスクなしに可能でなければなりません。
- 「生きている」部分に触れてはいけません。
- 液体または気体媒体の漏れによる負傷を防止する必要があります。
- 周辺機器による怪我を防止する必要があります。