Промышленные роботы используются во всех отраслях промышленности, где необходимо соблюдать высокие требования к производительности. Однако использование роботов требует разработки, применения и внедрения соответствующих средств контроля безопасности, чтобы избежать создания опасностей для производственного персонала, программистов, специалистов по техническому обслуживанию и системных инженеров.
Чем опасны промышленные роботы?
Одним из определений роботов является «движущиеся автоматические машины, которые свободно программируются и могут работать практически без участия человека». Эти типы машин в настоящее время используются в самых разных областях промышленности и медицины, включая обучение. Промышленные роботы все чаще используются для выполнения ключевых функций, таких как новые производственные стратегии (CIM, JIT, бережливое производство и т. д.) в сложных установках. Их количество и широта применения, а также сложность оборудования и установок приводят к следующим опасностям:
- движения и последовательности движений, которые практически невозможно уследить, так как высокоскоростные движения робота в радиусе его действия часто перекрываются с движениями других машин и оборудования
- высвобождение энергии, вызванное летящими частями или лучами энергии, такими как испускаемые лазерами или водяными струями
- свободное программирование с точки зрения направления и скорости
- подверженность влиянию внешних ошибок (например, электромагнитная совместимость)
- человеческие факторы.
Исследования в Японии показывают, что более 50% несчастных случаев на работе с роботами могут быть связаны с неисправностями в электронных схемах системы управления. В тех же исследованиях «человеческий фактор» был причиной менее 20%. Логическим выводом из этого вывода является то, что опасностей, вызванных системными сбоями, нельзя избежать с помощью поведенческих мер, принимаемых людьми. Поэтому проектировщики и операторы должны предусмотреть и реализовать технические меры безопасности (см. рис. 1).
Рис. 1. Специальная система оперативного управления наладкой мобильного сварочного робота
Аварии и режимы работы
Аварии со смертельным исходом, связанные с промышленными роботами, стали происходить в начале 1980-х годов. Статистика и расследования показывают, что большинство инцидентов и аварий не происходит при нормальной эксплуатации (автоматическое выполнение соответствующего задания). При работе с промышленными роботизированными машинами и установками особое внимание уделяется специальным режимам работы, таким как ввод в эксплуатацию, настройка, программирование, пробные запуски, проверки, устранение неполадок или техническое обслуживание. В этих режимах работы люди обычно находятся в опасной зоне. Концепция безопасности должна защищать персонал от негативных событий в подобных ситуациях.
Международные требования безопасности
Директива ЕЭС по машинному оборудованию 1989 г. (89/392/EEC) (см. статью «Принципы безопасности для станков с ЧПУ» в этой главе и в других местах этой главы). Энциклопедия)) устанавливает основные требования безопасности и гигиены труда к машинам. Машиной считается совокупность взаимосвязанных частей или устройств, из которых хотя бы одна часть или устройство может двигаться и, соответственно, имеет функцию. Что касается промышленных роботов, следует отметить, что вся система, а не только один элемент оборудования на машине, должна соответствовать требованиям безопасности и быть оснащена соответствующими предохранительными устройствами. Анализ опасностей и оценка рисков являются подходящими методами определения того, были ли выполнены эти требования (см. рис. 2).
Рисунок 2. Блок-схема системы безопасности персонала
Требования и меры безопасности при нормальной эксплуатации
Использование робототехники предъявляет максимальные требования к анализу опасностей, оценке рисков и концепциям безопасности. По этой причине следующие примеры и предложения могут служить только в качестве рекомендаций:
1. Учитывая цель безопасности, заключающуюся в том, что ручной или физический доступ к опасным зонам, связанным с автоматическими движениями, должен быть предотвращен, предлагаемые решения включают следующее:
- Предотвращайте ручной или физический доступ в опасные зоны с помощью механических барьеров.
- Используйте устройства безопасности, которые реагируют на приближение (световые барьеры, защитные коврики), и позаботьтесь о безопасном отключении оборудования при доступе или входе в него.
- Разрешайте ручной или физический доступ только тогда, когда вся система находится в безопасном состоянии. Например, это может быть достигнуто за счет использования блокирующих устройств с закрывающими механизмами на входных дверях.
2. Учитывая цель безопасности, заключающуюся в том, что никто не может быть ранен в результате выброса энергии (разлетающихся частей или пучков энергии), предлагаемые решения включают:
- Конструкция должна предотвращать любой выброс энергии (например, соединения с соответствующими размерами, устройства блокировки пассивных захватов для механизмов смены захватов и т. д.).
- Предотвратите выход энергии из опасной зоны, например, с помощью защитного кожуха соответствующих размеров.
3. Интерфейсы между нормальной и специальной работой (например, устройства блокировки дверей, световые барьеры, коврики безопасности) необходимы для того, чтобы система управления безопасностью могла автоматически распознавать присутствие персонала.
Требования и меры безопасности в особых режимах работы
Некоторые специальные режимы работы (например, настройка, программирование) промышленного робота требуют движений, которые необходимо оценивать непосредственно на рабочем месте. Соответствующая цель безопасности состоит в том, чтобы никакие движения не представляли опасности для вовлеченных лиц. Движения должны быть
- только запланированного стиля и скорости
- продлевается только до тех пор, пока указано
- те, которые могут быть выполнены только в том случае, если можно гарантировать, что никакие части человеческого тела не находятся в опасной зоне.
Предлагаемое решение этой задачи может включать использование специальных систем оперативного управления, которые допускают только контролируемые и управляемые движения с использованием распознаваемых органов управления. Таким образом, скорость движений безопасно снижается (снижение энергии за счет подключения изолирующего трансформатора или использования отказобезопасного оборудования для контроля состояния), и безопасное состояние подтверждается до того, как будет разрешено активировать управление (см. рис. 3).
Рисунок 3. Шестиосный промышленный робот в защитной клетке с материальными воротами
Требования к системам управления безопасностью
Одной из особенностей системы управления безопасностью должно быть то, что требуемая функция безопасности гарантированно срабатывает при возникновении любых неисправностей. Промышленные роботы должны практически мгновенно переводиться из опасного состояния в безопасное. Меры контроля безопасности, необходимые для достижения этого, включают следующие цели безопасности:
- Неисправность в системе управления безопасностью не может привести к переходу в опасное состояние.
- Неисправность в системе управления безопасностью должна быть идентифицирована (немедленно или через определенные промежутки времени).
Предлагаемые решения для обеспечения надежных систем управления безопасностью:
- избыточная и разнообразная компоновка электромеханических систем управления, включая тестовые цепи
- избыточная и разнообразная настройка микропроцессорных систем управления, разработанных разными командами. Этот современный подход считается передовым; например, в комплекте со световыми барьерами безопасности.
Цели безопасности при создании и использовании промышленных роботов.
Когда промышленные роботы создаются и используются, как производители, так и пользователи должны установить современные средства контроля безопасности. Помимо аспекта юридической ответственности, также может существовать моральное обязательство обеспечивать безопасность робототехники.
Нормальный режим работы
При работе роботов в штатном режиме должны быть обеспечены следующие условия безопасности:
- Поле движения робота и зоны обработки, используемые периферийным оборудованием, должны быть защищены таким образом, чтобы исключить ручной или физический доступ людей к зонам, представляющим опасность в результате автоматических движений.
- Должна быть обеспечена защита, чтобы летящие детали или инструменты не могли нанести ущерб.
- Никто не должен быть травмирован деталями, инструментами или заготовками, выброшенными роботом, или выбросом энергии из-за неисправного(ых) захвата(ов), сбоя питания захвата, недопустимой скорости, столкновения(ей) или неисправной(ых) заготовки(й).
- Никто не может быть травмирован выбросом энергии или частями, выбрасываемыми периферийным оборудованием.
- Отверстия для подачи и удаления должны быть спроектированы таким образом, чтобы предотвратить ручной или физический доступ к зонам, представляющим опасность в результате автоматических движений. Это условие должно выполняться и при удалении производственного материала. Если производственный материал подается к роботу автоматически, никакие опасные зоны не должны создаваться отверстиями для подачи и удаления и движущимся производственным материалом.
Специальные режимы работы
При работе роботов в специальных режимах должны быть обеспечены следующие условия безопасности:
При устранении нарушений в производственном процессе необходимо предотвратить следующее:
- ручной или физический доступ к опасным зонам из-за автоматических движений робота или периферийного оборудования
- опасности, которые возникают из-за неправильного поведения части системы или из-за недопустимого ввода команды, если люди или части тела находятся в зоне, подверженной опасным движениям
- опасные перемещения или условия, вызванные перемещением или удалением производственных материалов или отходов
- травмы, вызванные периферийным оборудованием
- движения, которые должны выполняться со снятыми защитными ограждениями для нормальной работы, должны выполняться только в пределах рабочего объема и скорости и только в течение времени, указанного в инструкции. Кроме того, в зоне риска не должно находиться людей или частей тела.
Во время установки должны быть обеспечены следующие безопасные условия:
Никакие опасные движения не могут быть инициированы в результате ошибочной команды или неправильного ввода команды.
- Замена робота или периферийных частей не должна вызывать каких-либо опасных движений или условий.
- Если движения должны выполняться со снятым(и) защитным(и) ограждением(ами) для нормальной работы при проведении операций по настройке, такие движения могут выполняться только в пределах указанного объема и скорости и только в течение времени, указанного в инструкции. Кроме того, в зоне риска не должно находиться людей или частей тела.
- Во время операций по настройке периферийное оборудование не должно совершать никаких опасных движений или создавать какие-либо опасные условия.
Во время программирования действуют следующие условия безопасности:
- Ручной или физический доступ к зонам, представляющим опасность из-за автоматических движений, должен быть предотвращен.
- Если движения выполняются со снятыми защитными кожухами для нормальной работы, должны быть выполнены следующие условия:
- (a) Может выполняться только команда двигаться и только до тех пор, пока она подана.
- (b) Разрешается выполнять только контролируемые движения (т. е. они должны быть хорошо видны, движения на низкой скорости).
- (c) Движения могут быть инициированы только в том случае, если они не представляют опасности для программиста или других лиц.
- Периферийное оборудование не должно представлять опасности для программиста или других лиц.
Безопасные испытания требуют соблюдения следующих мер предосторожности:
Предотвращайте ручной или физический доступ к зонам, представляющим опасность из-за автоматических движений.
- Периферийное оборудование не должно быть источником опасности.
При осмотре роботов безопасные процедуры включают следующее:
- Если необходимо войти в зону движения робота с целью проверки, это допустимо только при условии, что система находится в безопасном состоянии.
- Опасности, вызванные неправильным поведением части системы или недопустимым вводом команд, должны быть предотвращены.
- Периферийное оборудование не должно быть источником опасности для проверяющего персонала.
Устранение неполадок часто требует запуска робота, когда он находится в потенциально опасном состоянии, и должны быть реализованы специальные безопасные рабочие процедуры, такие как следующие:
- Доступ к зонам, представляющим опасность в результате автоматических движений, должен быть предотвращен.
- Запуск приводного агрегата в результате ошибочной команды или ввода ложной команды должен быть предотвращен.
- При работе с дефектной деталью необходимо предотвратить любые движения робота.
- Необходимо предотвращать травмы, вызванные вылетающими или падающими частями машины.
- Если при устранении неисправностей необходимо выполнять движения со снятыми защитными ограждениями для нормальной работы, такие движения можно выполнять только в пределах установленных объема и скорости и только в течение времени, указанного в инструкции. Кроме того, в зоне риска не должно находиться людей или частей тела.
- Необходимо предотвращать травмы, вызванные периферийным оборудованием.
Устранение неисправности и работы по техническому обслуживанию также могут потребовать запуска, когда машина находится в небезопасном состоянии, и, следовательно, требуют следующих мер предосторожности:
- Робот не должен запускаться.
- Манипуляции с различными частями машины вручную или с помощью вспомогательного оборудования должны быть возможны без риска воздействия опасностей.
- Не должно быть возможности прикоснуться к частям, которые находятся под напряжением.
- Необходимо предотвращать травмы, вызванные утечкой жидких или газообразных сред.
- Необходимо предотвращать травмы, вызванные периферийным оборудованием.