Bezpieczeństwo systemów z autonomicznymi robotami mobilnymi AMR.

Bezpieczeństwo aplikacji z autonomicznymi robotami mobilnymi AMR

Transport elementów przez pojazdy autonomiczne (AMR) wydaje się być następnym , łatwodostępnym krokiem robotyzacji procesów. Jak bezpiecznie wdrożyć aplikację, którą obsługuje tego typu robot? Spróbujemy przedstawić to na przykładzie pojazdów MiR 200.

Autonomiczny robot mobilny – co to jest?

Autonomiczny mobilny robot AMR ( ang. autonomous mobile robots) to rodzaj przemysłowego wózka jezdniowego bez operatora. Tego typu pojazdy stanowią następny krok w rozwoju automatycznie prowadzonych pojazdów AGV (ang. automated guided vehicles).

AMR nawiguje za pomocą map tworzonych przez swoje oprogramowanie na miejscu lub za pomocą wstępnie załadowanych rysunków obiektu. AMR wykorzystuje dane z kamer i wbudowanych czujników i skanerów laserowych, a także zaawansowane oprogramowanie, które umożliwia wykrycie otoczenia i wybranie najbardziej efektywnej trasy do celu. Działa całkowicie autonomicznie i jeśli przed nim pojawią się wózki widłowe, palety, ludzie lub inne przeszkody, AMR będzie bezpiecznie manewrował wokół nich, wybierając najlepszą alternatywną trasę. Optymalizuje to produktywność, zapewniając zgodny z harmonogramem przepływ materiałów.

Autonomiczny mobilny Robot. MiR
Autonomiczny mobilny Robot. MiR 200

Co kupujemy „w pudełku”

W przypadku MiR 200 od producenta otrzymujemy oczywiście hardware czyli samego robota i akcesoria niezbędne do jego uruchomienia czyli ładowarkę, przewód do ładowania pojazdu i skrzynkę z wyłącznikiem awaryjnym do zamontowania na naszej aplikacji.

Oprócz tego w opakowaniu znajdziemy również dokumentację robota w formie elektronicznej na pendrajwie oraz drukowany przewodnik szybkiego uruchomienia i logowania do sieci, deklarację zgodności WE, zestaw haseł i tabliczkę znamionową naszego robota.

Z punktu widzenia bezpieczeństwa najważniejsze są dwa dokumenty: instrukcja obsługi oraz deklaracja zgodności WE. Rolę instrukcji pełni dokument MiR200 User Guide dostępny na nośniku cyfrowym. Deklaracja zgodności jest dostarczana zarówno w formie papierowej , jaki i elektronicznej.

Czy to bezpieczne urządzenie?

System bezpieczeństwa robota jest odpowiedzialny za zatrzymanie lub spowolnienie robota, gdy personel jest narażony na urazy. Dotyczy to także modułu, który może być zamocowany na górnej platformie robota.

MiR 200 jest wyposażony w szereg wbudowanych funkcji związanych z bezpieczeństwem, a także związane z bezpieczeństwem interfejsy elektryczne przeznaczone do integracji z modułem, który może być zamocowany na jego górnej platformie. Każda funkcja bezpieczeństwa i interfejs są zaprojektowane zgodnie z normą ISO 13849-1. Funkcje związane z bezpieczeństwem i interfejsy są dobrane tak, aby wspierały zgodność z normą EN 1525 i ISO 3691-4.

Autonomiczny robot mobilny MiR 200 posiada następujące funkcje związane z bezpieczeństwem:

1. Zabezpieczenie przed kolizją

Ta funkcja zapewnia, że robot zatrzyma się, zanim zderzy się z personelem lub przedmiotem. Jeśli skanery laserowe wykryją obiekt lub osobę w określonym polu ochronnym, robot zostaje zatrzymany. Należy podkreślić, że wielkość pola ochronnego jest ściśle skorelowana z jego prędkością: im większa prędkość, tym większe pole ochronne.

2. Zabezpieczenie przed nadmierną prędkością

System bezpieczeństwa monitoruje, czy dane enkodera silnika wskazują, że prędkość każdego silnika przekracza limity maksymalnej prędkości znamionowej. Jeśli limit zostanie przekroczony, robot przechodzi do zatrzymania ochronnego.

3. Stabilność

System bezpieczeństwa monitoruje, czy dane enkodera silnika wskazują, że różnica prędkości między dwoma silnikami przekracza wstępnie zdefiniowane limity. Jeśli limit zostanie przekroczony, robot przechodzi do zatrzymania ochronnego.

4. Zatrzymanie awaryjne

Do obwodu wyłączenia awaryjnego można podłączyć wiele przycisków zatrzymania awaryjnego. Można do niego włączyć również urządzenie zamontowane na górnej platformie robota. Aktywacja któregokolwiek z przycisków zatrzymania awaryjnego powoduje zatrzymanie awaryjne urządzenia.

Autonomiczny robot mobilny powinien być wyposażony w trzy rodzaje funkcji zatrzymania:

  • Zatrzymanie w trybie normalnym, używane np. w przypadku, gdy trzeba wstrzymać wykonywanie przez pojazd jego misji (pauza),
  • Zatrzymanie ochronne, które jest aktywowane, gdy w polu ochronnym robota zostanie wykryta przeszkoda. Podświetlenie pojazdu zmienia wówczas kolor na czerwony. Nie jest możliwe kontynuowanie misji czy poruszenie pojazdem dopóki przeszkoda nie zostanie usunięta z pola ochronnego,
  • Wyłączenie awaryjne, aktywowane przez naciśnięcie wyłącznika awaryjnego zintegrowanego z pojazdem. Podświetlenie pojazdu zmienia wówczas kolor na czerwony. Nie jest możliwe kontynuowanie misji czy poruszenie pojazdem dopóki wyłączenie awaryjne nie zostanie zresetowane.

Pojazd MiR 200 jest wyposażony w podświetlenie, które podczas pracy informuje otoczenie o jego statusie.

Podświetlenie AMR MiR 200
Podświetlenie AMR MiR 200

Dodatkowo roboty emituje dźwięk podczas wykonywania misji. Stanowi to dla ludzi pracujących w otoczeniu przemieszczającego się robota dodatkowe ostrzeżenie i informację o jego obecności.

Dopuszczenie do użytkowania

Przed przekazaniem autonomicznego robota mobilnego do użytkowania w warunkach produkcyjnych należy przeprowadzić procedurę dopuszczenia do użytkowania. W tym względzie należy trzymać się zaleceń wytwórcy pojazdu AMR i całej aplikacji, w której robot jest użytkowany.

Wg producenta robota MiR 200 procedura dopuszczenia do użytkowania powinna obejmować:

  1. analizę środowiska pracy,
  2. ocenę ryzyka całej instalacji,
  3. utworzenie i konfigurację mapy obszaru pracy robota,
  4. konfigurację sygnałów dźwiękowych i świetlnych,
  5. konfigurację stref niebezpiecznych z punktu widzenia pracy robota (np. opadających ciągów schodowych),
  6. wykonanie prób hamowania,
  7. utworzenie profili użytkowników i grup użytkowników,
  8. utworzenie interfejsów dla poszczególnych użytkowników,
  9. aktualizację oprogramowanie robota,
  10. dopasowanie odpowiednich ustawień systemowych (np. rozmiarów robota, uwzględniając przy tym rozmiary przenoszonego ładunku, konfigurację pobierania i odkładania palet itp.).

Środowisko pracy

Analiza środowiska pracy powinna być właściwie wykonana przed decyzją o inwestycji w aplikację z autonomicznym robotem mobilnym. Przed dopuszczeniem do użytkowania należy zweryfikować rzeczywiste warunki z wymaganiami dostawcy urządzenia.

Istotne parametry to

  • odpowiednia płaska powierzchnia. Producent robota powinien podać w instrukcji obsługi wymagania w tym zakresie, w tym maksymalne dopuszczalne pochylenie powierzchni, po której może poruszać się robot,
  • oświetlenie. Ostre światło słoneczne, transparentne lub odbijające światło obiekty mają wpływ na efektywność pracy urządzenia,
  • temperatura i wilgotność, które mają znaczenie zwłaszcza dla akumulatora, z którego zasilany jest robot. Zakres temperatur pracy i wilgotności powinien być podany w specyfikacji technicznej urządzenia,
  • pochyłości, przejścia, szczeliny i progi. Niezbędne informacje powinny znajdować się w specyfikacji technicznej robota,
  • przestrzeń pracy. Robot musi mieć odpowiednią ilość miejsca do wykonywania manewrów związanych z realizacją misji, dokowaniem, zmianą kierunki ruchu itp.,
  • pył, który wpływa na efektywność i trwałość urządzenia. Należy sprawdzić w specyfikacji robota jego stopień ochrony IP pod kątem warunków występujących w środowisku pracy,
  • statyczne punkty orientacyjne i dynamiczne przeszkody. Robot do nawigacji wykorzystuje statyczne punkty orientacyjne. Jeśli nie może wykryć wystarczającej liczby wyróżniających się punktów orientacyjnych, nie może efektywnie nawigować po mapie

Analiza ryzyka

Pomimo, że autonomiczny robot mobilny (ARM) jest maszyną w rozumieniu Dyrektywy Maszynowej 2006/42/WE i jest dostarczany z deklaracją zgodności, po wykonaniu konkretnej aplikacji zalecane jest wykonanie oceny ryzyka całej instalacji (systemu) w rzeczywistych warunkach użytkowania.

Ocena ryzyka musi obejmować zarówno samego robota ARM, jak również uwzględniać będące częścią aplikacji stacje przenoszenia ładunku, komórki robocze i środowisko pracy. Ocenę ryzyka należy przeprowadzić zgodnie z wytycznymi PN EN ISO 12100, PN EN ISO 3691-4, ANSI B56.5 lub innymi odpowiednimi normami.

Na podstawie oceny ryzyka aplikacji należy określić odpowiednie informacje dla użytkowników. Należy zwrócić szczególną uwagę na co najmniej następujące zasadnicze wymagania dotyczące zdrowia i bezpieczeństwa:

1.2.2 Niespodziewane uruchomienie dla potencjalnie narażonych osób,
1.3.7 Ryzyko związane z ruchomymi częściami,
1.7.1 Informacje i ostrzeżenia na maszynie,
1.7.2 Ostrzeżenie przed pozostałymi zagrożeniami,
1.7.3 Oznakowanie maszyny
1.7.4 Instrukcje

Instrukcja obsługi i deklaracja zgodności

Na podstawie oceny ryzyka powinna powstać nowa instrukcja obsługi dla aplikacji, która powinna zawierać co najmniej:

  • nazwę i adres wytwórcy lub autoryzowanego przedstawiciela, jeśli ma to zastosowanie,
  • oznaczenie typu lub serii,
  • opis aplikacji (systemu),
  • nazwę typu robota odpowiedniego do zastosowania w aplikacji,
  • opis instrukcji oraz etykiet ostrzegawczych,
  • opis pracy pojazdu AMR i całej aplikacji, w tym m. in. przeznaczenie i przewidywalne niewłaściwe użycie,
  • wyszczególnienie ryzyk resztkowych,
  • wymagania donośnie szkolenia obsługi,
  • opis prac konserwacyjno-remontowych w odniesieniu do pojazdu AMR i całej aplikacji,
  • informacje użytkowe, np. specyfikacja mas, jakie mogą być przenoszone przez robota, wymiary ładunków itp.,
  • dane na temat aplikacji, takie jak stopień czystości podłoża, po którym porusza się robot, graniczne wymiary przejść na ścieżce robota, sposób ostrzegania osób zbliżających się do ścieżki robot itp.,
  • informacje na temat podłoża, po którym może poruszać się robot.

Źródła:

  1. MiR 200, User Guide (en), 10/2020, Revision: v.3.1
  2. PN-EN ISO 3691-4:2020-10