Os robôs industriais são encontrados em toda a indústria, sempre que altas demandas de produtividade devem ser atendidas. O uso de robôs, no entanto, requer projeto, aplicação e implementação de controles de segurança apropriados para evitar a criação de riscos para o pessoal de produção, programadores, especialistas em manutenção e engenheiros de sistema.
Por que os robôs industriais são perigosos?
Uma definição de robôs é “máquinas automáticas móveis que são livremente programáveis e capazes de operar com pouca ou nenhuma interface humana”. Atualmente, esses tipos de máquinas são usados em uma ampla variedade de aplicações na indústria e na medicina, incluindo treinamento. Os robôs industriais estão sendo cada vez mais usados para funções-chave, como novas estratégias de fabricação (CIM, JIT, produção enxuta e assim por diante) em instalações complexas. Seu número e amplitude de aplicações e a complexidade dos equipamentos e instalações resultam em perigos como os seguintes:
- movimentos e sequências de movimentos quase impossíveis de seguir, pois os movimentos de alta velocidade do robô dentro de seu raio de ação muitas vezes se sobrepõem aos de outras máquinas e equipamentos
- liberação de energia causada por peças voadoras ou feixes de energia, como os emitidos por lasers ou jatos de água
- programação livre em termos de direção e velocidade
- suscetibilidade à influência de erros externos (por exemplo, compatibilidade eletromagnética)
- fatores humanos.
Investigações no Japão indicam que mais de 50% dos acidentes de trabalho com robôs podem ser atribuídos a falhas nos circuitos eletrônicos do sistema de controle. Nas mesmas investigações, o “erro humano” foi responsável por menos de 20%. A conclusão lógica desta constatação é que os perigos causados por falhas do sistema não podem ser evitados por medidas comportamentais tomadas por seres humanos. Os projetistas e operadores, portanto, precisam fornecer e implementar medidas técnicas de segurança (consulte a figura 1).
Figura 1. Sistema de controle operacional especial para a configuração de um robô de soldagem móvel
Acidentes e modos de operação
Acidentes fatais envolvendo robôs industriais começaram a ocorrer no início dos anos 1980. Estatísticas e investigações indicam que a maioria dos incidentes e acidentes não ocorre em operação normal (cumprimento automático da tarefa em questão). Ao trabalhar com máquinas e instalações de robôs industriais, há ênfase em modos de operação especiais, como comissionamento, configuração, programação, testes, verificações, solução de problemas ou manutenção. Nesses modos de operação, as pessoas geralmente estão em uma zona de perigo. O conceito de segurança deve proteger o pessoal de eventos negativos nesses tipos de situações.
Requisitos Internacionais de Segurança
A Diretriz de Máquinas da EEC de 1989 (89/392/EEC (consulte o artigo “Princípios de segurança para máquinas-ferramenta CNC” neste capítulo e em outras partes deste enciclopédia)) estabelece os principais requisitos de segurança e saúde para máquinas. Uma máquina é considerada a soma total de partes ou dispositivos interligados, dos quais pelo menos uma parte ou dispositivo pode se mover e correspondentemente tem uma função. No que diz respeito aos robôs industriais, deve-se observar que todo o sistema, e não apenas um único equipamento na máquina, deve atender aos requisitos de segurança e estar equipado com os dispositivos de segurança apropriados. A análise de perigos e a avaliação de riscos são métodos adequados para determinar se esses requisitos foram atendidos (consulte a figura 2).
Figura 2. Diagrama de blocos para um sistema de segurança pessoal
Requisitos e Medidas de Segurança em Operação Normal
O uso da tecnologia robótica coloca exigências máximas na análise de perigos, avaliação de riscos e conceitos de segurança. Por esta razão, os seguintes exemplos e sugestões podem servir apenas como diretrizes:
1. Dada a meta de segurança de que o acesso manual ou físico a áreas perigosas envolvendo movimentos automáticos deve ser evitado, as soluções sugeridas incluem o seguinte:
- Impedir o acesso manual ou físico às zonas de perigo por meio de barreiras mecânicas.
- Use dispositivos de segurança do tipo que respondem à aproximação (barreiras de luz, tapetes de segurança) e tenha o cuidado de desligar as máquinas com segurança ao acessar ou entrar.
- Permita o acesso manual ou físico somente quando todo o sistema estiver em um estado seguro. Isso pode ser conseguido, por exemplo, com o uso de dispositivos de intertravamento com mecanismos de fechamento nas portas de acesso.
2. Dado o objetivo de segurança de que nenhuma pessoa pode ser ferida como resultado da liberação de energia (partes voadoras ou feixes de energia), as soluções sugeridas incluem:
- O projeto deve evitar qualquer liberação de energia (por exemplo, conexões dimensionadas de forma correspondente, dispositivos de travamento de garras passivas para mecanismos de troca de garras, etc.).
- Evite a liberação de energia da zona de perigo, por exemplo, por meio de um capuz de segurança dimensionado de forma correspondente.
3. As interfaces entre operação normal e operação especial (por exemplo, dispositivos de travamento de porta, barreiras de luz, tapetes de segurança) são necessárias para permitir que o sistema de controle de segurança reconheça automaticamente a presença de pessoal.
Exigências e Medidas de Segurança em Modos Especiais de Operação
Certos modos de operação especiais (por exemplo, configuração, programação) em um robô industrial requerem movimentos que devem ser avaliados diretamente no local de operação. O objetivo de segurança relevante é que nenhum movimento possa colocar em risco as pessoas envolvidas. Os movimentos devem ser
- apenas do estilo e velocidade programados
- prolongado apenas enquanto instruído
- aqueles que só podem ser executados se puder ser garantido que nenhuma parte do corpo humano está na zona de perigo.
Uma solução sugerida para esse objetivo poderia envolver o uso de sistemas especiais de controle operacional que permitem apenas movimentos controláveis e gerenciáveis usando controles reconhecíveis. A velocidade dos movimentos é assim reduzida com segurança (redução de energia pela conexão de um transformador de isolamento ou pelo uso de equipamento de monitoramento de estado à prova de falhas) e a condição segura é reconhecida antes que o controle seja ativado (consulte a figura 3).
Figura 3. Robô industrial de seis eixos em uma gaiola de segurança com portas de material
Exigências sobre Sistemas de Controle de Segurança
Uma das características de um sistema de controle de segurança deve ser a garantia de funcionamento da função de segurança necessária sempre que surgirem falhas. Máquinas de robôs industriais devem ser direcionadas quase instantaneamente de um estado perigoso para um estado seguro. As medidas de controle de segurança necessárias para alcançar isso incluem as seguintes metas de segurança:
- Uma falha no sistema de controle de segurança pode não desencadear um estado perigoso.
- Uma falha no sistema de controle de segurança deve ser identificada (imediatamente ou em intervalos).
As soluções sugeridas para fornecer sistemas de controle de segurança confiáveis seriam:
- layout redundante e diversificado de sistemas de controle eletromecânicos, incluindo circuitos de teste
- configuração redundante e diversificada de sistemas de controle de microprocessadores desenvolvidos por diferentes equipes. Essa abordagem moderna é considerada o estado da arte; por exemplo, aqueles completos com barreiras de luz de segurança.
Objetivos de Segurança para a Construção e Uso de Robôs Industriais.
Quando os robôs industriais são construídos e usados, tanto os fabricantes quanto os usuários são obrigados a instalar controles de segurança de última geração. Além do aspecto da responsabilidade legal, também pode haver uma obrigação moral de garantir que a tecnologia do robô também seja uma tecnologia segura.
Modo de operação normal
As seguintes condições de segurança devem ser fornecidas quando as máquinas do robô estiverem operando no modo normal:
- O campo de movimento do robô e as áreas de processamento usadas por equipamentos periféricos devem ser protegidos de forma a impedir o acesso manual ou físico de pessoas a áreas perigosas como resultado de movimentos automáticos.
- A proteção deve ser fornecida para que peças de trabalho ou ferramentas voadoras não possam causar danos.
- Nenhuma pessoa deve ser ferida por peças, ferramentas ou peças de trabalho ejetadas pelo robô ou pela liberação de energia, devido a garra(s) defeituosa(s), falha de energia da garra, velocidade inadmissível, colisão(ões) ou peça(s) de trabalho defeituosa(s).
- Nenhuma pessoa pode ser ferida pela liberação de energia ou por peças ejetadas por equipamentos periféricos.
- As aberturas de alimentação e remoção devem ser projetadas para impedir o acesso manual ou físico a áreas perigosas como resultado de movimentos automáticos. Esta condição também deve ser atendida quando o material de produção é removido. Se o material de produção for alimentado ao robô automaticamente, nenhuma área perigosa pode ser criada pelas aberturas de alimentação e remoção e pelo material de produção em movimento.
Modos de operação especiais
As seguintes condições de segurança devem ser fornecidas quando as máquinas do robô estiverem operando em modos especiais:
O seguinte deve ser evitado durante a retificação de uma falha no processo de produção:
- acesso manual ou físico a áreas perigosas devido a movimentos automáticos do robô ou de equipamentos periféricos
- perigos que surgem de comportamento defeituoso por parte do sistema ou de entrada de comando inadmissível se pessoas ou partes do corpo estiverem na área exposta a movimentos perigosos
- movimentos perigosos ou condições iniciadas pelo movimento ou remoção de material de produção ou produtos residuais
- lesões causadas por equipamentos periféricos
- movimentos que devem ser executados com a(s) proteção(ões) de segurança para operação normal removidas, a serem executados apenas dentro do escopo e velocidade operacional e somente enquanto instruídos. Além disso, nenhuma pessoa ou parte do corpo pode estar presente na área de risco.
As seguintes condições de segurança devem ser asseguradas durante a configuração:
Nenhum movimento perigoso pode ser iniciado como resultado de um comando defeituoso ou entrada de comando incorreta.
- A substituição da máquina do robô ou de peças periféricas não deve iniciar movimentos ou condições perigosas.
- Se os movimentos tiverem que ser executados com a(s) proteção(ões) de segurança para operação normal removida(s) durante as operações de configuração, tais movimentos podem ser executados apenas dentro do escopo e velocidade direcionados e somente enquanto instruídos. Além disso, nenhuma pessoa ou parte do corpo pode estar presente na área de risco.
- Durante as operações de configuração, o equipamento periférico não deve fazer nenhum movimento perigoso ou iniciar qualquer condição perigosa.
Durante a programação, as seguintes condições de segurança são aplicáveis:
- O acesso manual ou físico a áreas perigosas devido a movimentos automáticos deve ser evitado.
- Se os movimentos forem realizados com a(s) proteção(ões) de segurança para operação normal removida(s), as seguintes condições devem ser atendidas:
- (a) Somente o comando para mover pode ser executado, e apenas enquanto for emitido.
- (b) Somente movimentos controláveis podem ser executados (ou seja, devem ser movimentos claramente visíveis e de baixa velocidade).
- (c)Os movimentos só podem ser iniciados se não constituírem um perigo para o programador ou outras pessoas.
- Os equipamentos periféricos não devem representar um perigo para o programador ou outras pessoas.
Operações de teste seguras requerem as seguintes precauções:
Evite o acesso manual ou físico a áreas perigosas devido a movimentos automáticos.
- Equipamentos periféricos não devem ser uma fonte de perigo.
Ao inspecionar máquinas robóticas, os procedimentos seguros incluem o seguinte:
- Se for necessário entrar no campo de movimento do robô para fins de inspeção, isso só é permitido se o sistema estiver em um estado seguro.
- Os perigos causados por um comportamento defeituoso por parte do sistema ou por uma entrada de comando inadmissível devem ser evitados.
- Equipamentos periféricos não devem ser uma fonte de perigo para o pessoal de inspeção.
A solução de problemas geralmente requer iniciar a máquina do robô enquanto ela estiver em uma condição potencialmente perigosa, e procedimentos especiais de trabalho seguro, como os seguintes, devem ser implementados:
- O acesso a áreas perigosas devido a movimentos automáticos deve ser impedido.
- A partida de uma unidade de acionamento como resultado de um comando defeituoso ou entrada de comando falso deve ser evitada.
- Ao manusear uma peça defeituosa, todos os movimentos da parte do robô devem ser evitados.
- Lesões causadas por peças da máquina que são ejetadas ou caem devem ser evitadas.
- Se, durante a solução de problemas, os movimentos tiverem que ser executados com a(s) proteção(ões) de segurança para operação normal removidas, tais movimentos podem ser executados apenas dentro do escopo e velocidade estabelecidos e somente enquanto instruídos. Além disso, nenhuma pessoa ou parte do corpo pode estar presente na área de risco.
- Lesões causadas por equipamentos periféricos devem ser evitadas.
A correção de uma falha e o trabalho de manutenção também podem exigir a inicialização enquanto a máquina estiver em uma condição insegura e, portanto, exigir as seguintes precauções:
- O robô não deve ser capaz de inicializar.
- O manuseio de várias partes da máquina, seja manualmente ou com equipamentos auxiliares, deve ser possível sem risco de exposição a perigos.
- Não deve ser possível tocar nas partes “vivas”.
- Lesões causadas pelo vazamento de meios líquidos ou gasosos devem ser evitadas.
- Lesões causadas por equipamentos periféricos devem ser evitadas.