Του Δημήτρη Παυλόπουλου*
Ένα πολύ σημαντικό θέμα, αναφορικά με τα Βιομηχανικά Ρομπότ είναι το θέμα της ασφαλής λειτουργίας αυτών. Σε πολλές περιπτώσεις στους χώρους που είναι εγκατεστημένα ρομπότ εργάζονται και άνθρωποι. Έτσι, μία σημαντική πτυχή της ασφαλής λειτουργίας είναι η αποφυγή πιθανών ατυχημάτων που θα έχουν ως αποτέλεσμα τον τραυματισμό κάποιου.
Εκτός όμως από αυτό, η ασφαλής λειτουργία περιλαμβάνει και τον τρόπο λειτουργίας ή σχεδιασμού μίας μηχανής ή ενός ρομπότ ώστε να μην προκληθούν βλάβες και στο ίδιο ή στο περιβάλλον στο οποίο αυτό είναι εγκατεστημένο.
Για τον λόγο αυτό, έχουν αναπτυχθεί κάποια “πρότυπα ασφαλείας” (safetystandards) που αφορούν τα ρομπότ αλλά και γενικότερα τις μηχανές. Τα πρότυπα αυτά προσφέρουν κατευθυντήριες γραμμές για τον σχεδιασμό και την λειτουργία κάθε τύπου και είδους μηχανής έτσι ώστε αυτές να εκπληρώνουν τις βασικές προϋποθέσεις καλής και αποδοτικής λειτουργίας τους και συμμόρφωσης τους με τους κανόνες ασφαλούς λειτουργίας τους και υγιεινής, αναφορικά με τον χώρο στον οποίο είναι εγκατεστημένα και λειτουργούν.
Γενικά, τα πρότυπα ασφαλείας μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες, ανάλογα με το φάσμα των μηχανών για τις οποίες ισχύουν (ή αλλιώς, την εξειδίκευση των οδηγιών που περιέχουν):
- Πρότυπα τύπου “A”: είναι βασικά πρότυπα που καθορίζουν τις βασικές αρχές για την επίτευξη της ασφαλής λειτουργίας μίας μηχανής και έχουν καθολική ισχύ.
- Πρότυπα τύπου “B”: είναι γενικά πρότυπα τα οποία περιέχουν οδηγίες για κάποια συγκεκριμένη πτυχή ασφάλειας, όπως παραδείγματος χάριν τις διαχωριστικές αποστάσεις μεταξύ των μηχανών ή κάποια ειδική προστατευτική διάταξη, όπως παραδείγματος χάριν ένα εξοπλισμό προστασίας από συγκεκριμένου είδους ακτινοβολία, και ισχύουν για ένα μεγάλο φάσμα μηχανών.
- Πρότυπα τύπου “C”: είναι πρότυπα που περιέχουν συγκεκριμένες και λεπτομερείς απαιτήσεις ασφαλείας που αφορούν έναν συγκεκριμένο τύπο μηχανής, όπως παραδείγματος χάριν τα Βιομηχανικά Ρομπότ.
Την δημιουργία τέτοιων προτύπων ασφαλείας έχουν αναλάβει αρκετοί οργανισμοί, με σημαντικότερο και πιο αναγνωρισμένο σε παγκόσμιο επίπεδο τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης ISO (InternationalOrganizationforStandardization) και την Διεθνή Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (InternationalElectrotechnicalCommission) με την οποία έχει συνεργαστεί σε πολλές περιπτώσεις ο ISO για την δημιουργία κοινών προτύπων (τα πρότυπα ISO/IEC). Στα πρότυπα που αφορούν τα θέματα ασφαλείας που βρίσκουν εφαρμογή στα βιομηχανικά ρομπότ αυτών των οργανισμών θα γίνει αναφορά στην συνέχεια της παρούσας παραγράφου, ενώ αναφορά στους υπόλοιπους οργανισμούς και τα πρότυπα που αφορούν τα βιομηχανικά ρομπότ θα γίνει αναφορά στο τέλος της παραγράφου αυτής.
Για θέματα ασφαλής λειτουργίας των ρομπότ, σημαντικότερα πρότυπα είναι τα εξής:
- ISO 12100: Είναι ένα πρότυπο τύπου “A”, όπου καταγράφονται κάποιες γενικές αρχές που αφορούν την ασφάλεια των μηχανών και συγκεκριμένα την αξιολόγηση κινδύνου.
- ISO 13849 και IEC 62061: Είναι πρότυπα ασφαλείας τύπου “B” που καθορίζουν τον τρόπο σχεδιασμού και τις απαραίτητες δυνατότητες ενός συστήματος ελέγχου ώστε να διαθέτει λειτουργίες ασφαλείας.
- ISO 13855 και ISO 13857: Είναι πρότυπα ασφαλείας τύπου “B” τα οποία περιέχουν οδηγίες σχετικά με τις αποστάσεις ασφαλείας που καθορίζουν τον διαχωρισμό ή τον μη διαχωρισμό εξοπλισμού ασφαλείας, όπως είναι οι περιφράξεις και οι φωτοφράκτες.
- ISO 10218-1/-2 και ISO/TS 15066: Είναι πρότυπα τύπου C που καλύπτουν τα θέματα ασφαλείας των βιομηχανικών ρομπότ και των ολοκληρωμένων ρομποτικών συστημάτων.
Για την εγκατάσταση οποιασδήποτε μηχανής, αρχικά πρέπει να γίνει αξιολόγηση των πιθανών κινδύνων, σύμφωνα με το πρότυπο ISO 12100 (το οποίο αφορά γενικά τις μηχανές και για τον λόγο αυτό στην παρακάτω περιγραφή δεν χρησιμοποιείται ο όρος “ρομπότ” αλλά “μηχανή”), η οποία θα αρχίσει από τον σχεδιασμό της γεωμετρίας και της λειτουργίας της μηχανής, καθορίζοντας με ακρίβεια τα όρια, και αναφορικά με τον χώρο αλλά και αναφορικά με τα χαρακτηριστικά λειτουργίας, όπως παραδείγματος χάριν η ταχύτητα των μερών της, στα οποία αυτό θα λειτουργεί. Στην συνέχεια θα γίνει αναγνώριση των πιθανών κινδύνων που μπορεί να προκύψουν από την λειτουργία του, αξιολογώντας κάθε έναν όσον αφορά την επικινδυνότητα του και τις επιπτώσεις που μπορεί να επιφέρει, όπως είναι ο τραυματισμός κάποιου ή ο κίνδυνος καταστροφής ή έκρηξης κάποιου μέρους του, αλλά και την πιθανότητα αποφυγής του. Από την αξιολόγηση αυτή μπορεί να προκύψει ανάγκη αλλαγής του σχεδιασμού κάποιου κομματιού (ή και ολόκληρης) της μηχανής ή του τρόπου λειτουργίας της. Τα μέτρα που πρέπει να ληφθούν για την μείωση των πιθανών κινδύνων είναι, σύμφωνα με το πρότυπο αυτό, με σειρά προτεραιότητας (το πρώτο έχει υψηλότερη προτεραιότητα):
- Μείωση ή απαλοιφή του πιθανού κινδύνου με αλλαγή του σχεδιασμού της μηχανής.
- Μείωση ή απαλοιφή του πιθανού κινδύνου με χρήση προστατευτικών διατάξεων και εξοπλισμού.
- Μείωση ή απαλοιφή του πιθανού κινδύνου με παροχή οδηγιών ασφαλούς λειτουργίας προς τους χρήστες.
Το παραπάνω πρότυπο αφορά, όπως προαναφέρθηκε, γενικά τις μηχανές και μιας και τα ρομπότ είναι μηχανές, θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν κατά τον σχεδιασμό και την εγκατάσταση ενός βιομηχανικού ρομπότ. Η βασική οικογένεια προτύπων όσων αφορούν της ασφάλεια για τα βιομηχανικά ρομπότ είναι η ISO 10218. Το μέρος 1 αυτής περιγράφει τις απαιτήσεις ασφαλείας που αφορούν ένα ρομπότ και το μέρος 2 το συμπληρώνει, εστιάζοντας στα ολοκληρωμένα ρομποτικά συστήματα. Το πρώτο μέρος δημιουργήθηκε το 1992 και αναθεωρήθηκε το 2006 και η δεύτερη αναθεώρηση του δημοσιεύθηκε το 2011, χρονιά που δημοσιεύθηκε η πρώτη αναθεώρηση του δεύτερου μέρους και αντικατέστησε παλαιότερα πρότυπα ασφαλείας, όπως το EN 775 (στο οποίο θα γίνει αναφορά παρακάτω). Στα πρότυπα αυτά καθορίζεται για πρώτη φορά η “συνεργασία” ανθρώπου-ρομπότ ως συγκεκριμένου τρόπου λειτουργίας ή ως ειδική εφαρμογή ενός ρομπότ σε έναν βιομηχανικό χώρο, δηλαδή την λειτουργία του ρομπότ ως “Συνεργατικό Τα “cobots” δεν είναι μία ξεχωριστή κατηγορία αλλά ένας τρόπος λειτουργίας ενός βιομηχανικού ρομπότ ”(cooperativerobots ή “cobots”) όπως χαρακτηρίζονται, και περιέχονται οδηγίες για τον τρόπο σχεδιασμού και εγκατάστασης τέτοιων συνεργατικών ασφαλών ρομποτικών συστημάτων. Περιγράφονται και καθορίζονται τέσσερις τύποι ασφαλής λειτουργίας, βάσει των οποίων ένας άνθρωπος μπορεί να αλληλεπιδράσει και να συνεργαστεί με ένα ρομπότ βιομηχανικό ρομπότ το οποίο λειτουργεί αυτόματα (δηλαδή δεν είναι ο άνθρωπος ο χειριστής του), οι οποίοι είναι:
- Διακοπή λειτουργίας βάσει κριτηρίου ασφαλείας (Τύπου 1): Το ρομπότ θα πρέπει να διακόψει την λειτουργία του σε περίπτωση που ο άνθρωπος εισέλθει στον χώρο λειτουργίας του (παραδείγματος χάριν σε μία κυψέλη εργασίας με το ρομπότ να είναι κεντρικά τοποθετημένο στην οποία θα γίνει αναφορά στο επόμενο κεφάλαιο και συγκεκριμένα στην παράγραφο 2.3) καθώς και των υπόλοιπων μηχανών ή ρομπότ που αυτό ελέγχει. Η εργασία που διακόπηκε θα συνεχιστεί (ή επανακκινηθεί, ανάλογα με την περίπτωση) όταν ο άνθρωπος βγει εκτός ορίων του καθορισμένου χώρου του ρομπότ. Έτσι, ο άνθρωπος και το ρομπότ μπορούν να μοιράζονται τον ίδιο χώρο εργασίας, με τον άνθρωπο να μην κινδυνεύει από κάποιο ατύχημα.
- Χειροκίνητη καθοδήγηση (Τύπου 2): Στον τύπο αυτό λειτουργίας εμπεριέχεται μία άμεση φυσική αλληλεπίδραση μεταξύ ανθρώπου και ρομπότ, με τον άνθρωπο να αποκτά τον έλεγχο της κίνησης του ρομπότ. Η κίνηση του ρομπότ καθοδηγείται από τον χειριστή, αναφορικά με την αρχή και την παύση της εργασίας που θα εκτελέσει το ρομπότ, με τα ενδιάμεσα στάδια να εκτελούνται αυτοματοποιημένα. Σε συνδυασμό με οπτικούς αισθητήρες κίνησης και θέσης, προσδιορίζεται η θέση του χειριστή και με χρήση κατάλληλου ελεγκτή ασφαλείας, περιορίζεται κατάλληλα η ταχύτητα κίνησης του ρομπότ σε περίπτωση που ο χειριστής υπερβεί κάποιο όριο εγγύτητας στο ρομπότ ή στο στοιχείο δράσης του30. Ο προγραμματισμός των λειτουργιών που θα γίνονται αυτόματα από τα βιομηχανικά ρομπότ που θα χρησιμοποιούν τον συγκεκριμένο ασφαλή τύπο συνεργασίας με άνθρωπο γίνεται με χρήση τρισδιάστατων προσομοιώσεων.
- Παρακολούθηση της σχετικής θέσης και ταχύτητας (Τύπου 3): Στον τύπο αυτό, γίνεται συνεχής παρακολούθηση και αξιολόγηση της θέσης και της ταχύτητας του ρομπότ σε σχέση με τον άνθρωπο και στην περίπτωση που υπάρχει κάποιος άνθρωπος στον χώρο εργασίας του ρομπότ, η ταχύτητα και η θέση του ρομπότ ή μερών αυτού καθορίζεται ανάλογα με τις μετρήσεις αυτές, έτσι ώστε να μην υπάρξει περίπτωση επαφής με κάποιου μέρους του με αυτόν. Είναι απαραίτητη η χρήση αισθητήρων θέσης και ταχύτητας που να ελέγχονται κατάλληλα από έναν ελεγκτή ασφαλείας ο οποίος θα καθορίζει την συμπεριφορά του ρομπότ στην περίπτωση ανθρώπινης παρουσίας εντός του χώρου εργασίας του.
- Οριοθέτηση της ισχύος και της δύναμης (Τύπου 4): Ο τύπος αυτός προβλέπει την οριοθέτηση της ισχύος και της δύναμης που θα έχει ένα βιομηχανικό ρομπότ έτσι ώστε, σε περίπτωση που έρθει σε επαφή με έναν άνθρωπο να μην του προκαλέσει κάποια βλάβη. Αφορά τον σχεδιασμό και προγραμματισμό του τρόπου λειτουργίας του ρομπότ και για τον λόγο αυτό δεν απαιτεί κάποιο πρόσθετο σύστημα ελέγχου ασφαλείας
Η οικογένεια προτύπων ISO 10218 περιέχεται, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η απαίτηση της οριοθέτησης της ταχύτητας, της απόστασης, της δύναμης και της ισχύος ενός ρομπότ, χωρίς όμως να καθορίζονται τα όρια αυτά, των οποίων τις τιμές καλείται να καθορίσει ο σχεδιαστής ή προγραμματιστής του ρομπότ κατά το στάδιο της αξιολόγησης κινδύνου που περιγράφηκε παραπάνω. Στα πρότυπα ασφαλείας ISO/TS 15066 εισάγονται για πρώτη φορά τεχνικές προδιαγραφές αναφορικά με συγκεκριμένες τιμές όσον αφορά τα όρια μέσα στα οποία μπορεί να γίνει η επαφή ενός μέρους της μηχανής με έναν άνθρωπο ώστε να μην προκληθεί βλάβη σε αυτόν, τα οποία μπορούν, παραδείγματος χάριν, να χρησιμοποιηθούν για τον σχεδιασμό ενός ρομπότ που θα χρησιμοποιεί τον τύπο 4 ασφαλής λειτουργίας.
Το δεύτερο μέρος του προτύπου ISO 10218 παρέχει οδηγίες που αφορούν τις παραμέτρους που πρέπει να ληφθούν υπόψιν κατά τον σχεδιασμό και την εγκατάσταση ενός ολοκληρωμένου ρομποτικού συστήματος. Αυτές αφορούν όχι μόνο την αξιολόγηση κινδύνου αναφορικά με το ίδιο το ρομπότ αλλά και την ολοκληρωμένη λειτουργία του συστήματος και ιδιαίτερα την συμπεριφορά του τελικού στοιχείου δράσης και τις πιθανότητες αλληλεπίδρασης του με το περιβάλλον και τις διαδικασίες εκτέλεσης της συγκεκριμένης εργασίας. Δεδομένου ότι τα βιομηχανικά ρομπότ σχεδιάζονται για μία πληθώρα εφαρμογών, δεν είναι δυνατό να σχεδιαστεί ένα απόλυτα “ασφαλές” ρομπότ, αλλά είναι δυνατόν, ακολουθώντας τα παραπάνω πρότυπα, να σχεδιαστεί ένα ρομπότ που να μπορεί να είναι εξοπλισμένο με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ασφαλείας έτσι ώστε να μπορεί να παραμετροποιηθεί για την κατάλληλη εφαρμογή ασφαλούς συνεργατικής λειτουργίας.
Στην Ευρώπη υπάρχουν δύο, παρόμοιοι με τον ISO και τον IEC, οργανισμοί (που έχουν ασχοληθεί με τις προτυποποιήσεις των βιομηχανικών ρομπότ), οι CEN (Ευρωπαϊκή Επιτροπή Τυποποίησης) και Cenelec (Ευρωπαϊκή Επιτροπή Ηλεκτροτεχνικής Τυποποίησης) με τον δεύτερο να αποτελεί, στην ουσία, εξειδικευμένο “παράρτημα” του πρώτου στον τομέα της ηλεκτροτεχνίας. Τα ευρωπαϊκά πρότυπα έχουν το όνομα “EN” (ακρωνύμιο των λέξεων “EuropeanNorm” που σημαίνει “Ευρωπαϊκό πρότυπο”) και πολλές φορές υιοθετούν, παραλλάσσοντας λίγο, τα πρότυπα του ISO, όπως και άλλοι οργανισμοί που θα αναφερθούν παρακάτω. Έτσι, τα πρότυπα που αφορούν τα βιομηχανικά ρομπότ που έχουν εκδοθεί, και είναι σε ισχύ, από τον CENELEC είναι τα πρότυπο “EN ISO 10218-1” και “EN ISO 10218-2”, που είναι το πρώτο και το δεύτερο μέρος της οικογένειας προτύπων “ISO 10218” που παρουσιάστηκαν παραπάνω. Ένα πρότυπο που είχε εκδώσει η CENELEC το 1992 ήταν το EN 775 που αναφέρθηκε παραπάνω, το οποίο όμως αντικαταστάθηκε από το “EN ISO 10218-2”.
Λόγω του ότι την πολιτική της υιοθέτησης και επανέκδοσης (με πολύ μικρές ίσως διαφορές) ακολουθούν και οι υπόλοιποι οργανισμοί, τουλάχιστον στην περίπτωση των προτύπων ασφαλείας που είναι εν ισχύ, για τα βιομηχανικά ρομπότ, παρακάτω θα γίνει απλή αναφορά στο όνομα με το οποίο έχουν εκδοθεί τα πρότυπα της οικογένειας “ISO 10218” σε κάθε χώρα και θα εννοείται η ομοιότητα του περιεχομένου, εκτός και αν γίνεται σαφής διάκριση ή αναφορά σε αλλαγές.
Στην Γερμανία έχουν εκδοθεί τα “DIN EN ISO 10218-1” και “DIN EN ISO 10218-2”, στην Δανία τα “DS/EN ISO 10218-1” και “DS/EN ISO 10218-2” και στο Ηνωμένο Βασίλειο έχει εκδοθεί το “BS EN ISO 10218-1” και το “BS EN ISO 10218-2”. Στον Καναδά, τα δύο μέρη του “ISO 10218” έχουν ενοποιηθεί σε ένα πρότυπο, το “CAN/CSA-Z434-14”, το οποίο περιέχει κάποιες πρόσθετες απαιτήσεις, αναφορικά με το “ISO 10218-2:2011”, που αφορούν τον χρήστη του ρομποτικού συστήματος. Στις Η.Π.Α., το Αμερικανικό Εθνικό Ίδρυμα Προτυποποίησης ANSI (AmericanNationalStandardsInstitute) σε συνεργασία με την RIA εξέδωσαν το πρότυπο “ANSI/RIA R15.06” που περιέχει τα δύο μέρη του “ISO 10218”. Στην Ταϊβάν εκδόθηκαν τα CNS 14490-1 B8013-1” και “NS 14490-2 B8013-2”μ που είναι μεταφράσεις των δύο μερών του “ISO 10218”. Αντίστοιχα, στην Νότια Κορέα εκδόθηκαν τα “KS B ISO 10218-1” και “KS B ISO 10218–2”, στην Κίνα τα “GB 11291-1-2011” και “GB 112891-2-2013” και, τέλος στην Ιαπωνία τα “ JIS B8433-1” και “JIS B8433-2”.
*Δημήτρης Παυλόπουλος, Μηχανολόγος Ηλεκτρολόγος, πρώην Πρόεδρος ΔΚΜ, πρώην Μέλος ΔΣ ΕΛΟΤ
