Akıllı İnsan-Robot İşbirliği İçin Emniyet Çözümleri

Akıllı İnsan-Robot İşbirliği İçin Emniyet Çözümleri

İnsan-robot işbirliği (İRİ) insanların ve otomatik makinelerin aynı işyerinde aynı zamanda paylaşımda bulunduğu ve çalıştığı bir iş senaryosunu tanımlar.  Industry 4.0 ile yürütülen bu işbirliği modeli oldukça esnek iş akışı, azami sistem verimliliği ve üretkenliğinin yanı sıra, ekonomik etkinlik vaadinde bulunur.  Ancak İRİ'nin bu vaadi yerine getirebilmesi için söz konusu uygulama için doğru güvenlik teknolojisinin kullanılması gerekir. 

Industry 4.0 ile ilgili temel konulardan biri iş süreçlerinin esneklik kazanmasıdır.  Sürecin en sonunda buna 1 toplam iş boyutunda bulunan ürünlerin endüstriyel seri üretim koşullarında imalatı, yani bir konveyör bantta tek ürünün imalatı dahil edilebilir.  Ürünlerin ve üretim süreçlerinin en son bilgi ve iletişim teknolojisi ile yürütüldüğü bu tür akıllı fabrika giderek daha akıllı hale gelen ve özerkleşen makineleri bünyesinde barındırır. Aynı zamanda insan ve makineler arasındaki etkileşim de endüstriyel üretimde artış gösterir.   Bu nedenle insanların ve robotların becerilerini birleştirmek uygun iş döngüleri, artan kalite ve hesaplılık gibi örneklerle özellikleri belirlenen üretim çözümleri ortaya çıkarır.  Ancak aynı zamanda özerk olan ama öncelikle insanlarla etkileşime geçen makineler üretim sürecini daha esnek hale getiren etkin destek sağlayan yeni güvenlik kavramları gerektirir.  

İnsan-Robot Etkileşimi: Alan ve Zaman Sorunu

Endüstriyel otomasyon insanlar ve makineler arasındaki etkileşime ilk kez Industry 4.0 kapsamında odaklanmamıştır.  Günümüze kadar, birlikte var olma ve işbirliğine ilişkin iki etkileşim senaryosu var olmuş ve örneklerin yaklaşık yüzde 90'ında görülmüştür.  Alan ve zaman bu senaryolarda önemli etkileşim unsurlarıdır.   Birlikte var olma insan ve makinelerin etkileşim içindeyken aynı zamanda komşu bölgelerde bulunmasına tekabül eder.  Tipik bir örneği bir robot hücresindeki dönen masalı yerleştirme istasyonudur.  İnsanlar ve makineler aynı anda komşu işyerlerinde çalışır ve ikisi arasındaki alan deTec4 Prime güvenlik ışık perdesi tarafından izlenir.  Diğer yandan, işbirliği insan ve makinelerin ortak işyerinde ancak farklı zamanlarda çalışmasıdır.  Bunun bir örneği de montaj robotlarının aktarım istasyonudur.  Bir işçi bir işi yerleştirirken, aynı zamanda işçiyi algılayan, çoklu koruma alanları olan bir S3000 güvenlik lazer tarayıcısı robot hızının azalmasını veya robotun güvenlik izleme noktasına getirilmesini sağlar. 

Industry 4.0 dikkatleri giderek üzerine çeken üçüncü bir etkileşim formu üzerinde çalışmaktadır: İnsanlar ve robotlar arasında işbirliği.  Bu hem insanların hem de robotların aynı işyerinde aynı zamanda bulunmasını öngörür.  Bunun bir örneği bir robotun bir kemer veya paletten parçalar alarak sonraki istasyona aktarması ve burada bulunan işçiye sunulması ve verilmesidir.  Bu tür işbirlikçi senaryolarda birlikte var olma veya işbirliği için kullanılan geleneksel güvenli tespit çözümleri artık yeterli değildir. Bunun yerine, tehlikenin seviyesine bağlı olarak, robot gücü, hızı ve yollarının izlenmesi, sınırlanması ve gerekirse durdurulması gerekir.  İnsanlar ve robotlar arasındaki mesafe kilit güvenlik unsuru haline gelmektedir.

Risk Değerlendirmesi Her Zaman “Cobotlar” İçin Bile İlk Adımdır

İnsan-robot işbirliğine verilen iki örnek aynı değildir.  Bu, ilgili robot özellikle insanlarla etkileşime geçmek için geliştirilmiş olsa bile İRİ uygulamasında bireysel bir risk değerlendirmesi yapılmalıdır.  Bunun gibi “cobotların” en temel tasarımlarından başlayarak güvenli kurulum özellikleri vardır.  Aynı zamanda, işbirliği alanının da çarpma ve sıkışma riskleri olan bitişik bölgelere olan asgari uzaklık gibi temel gereklilikleri karşılaması gerekir.  IEC 61508, IEC 62061 ve ISO 13849-1/-2 gibi genel standartlar İRİ uygulamalarının işlevsel güvenliğinin temellerini aldığı noktadır.  Aynı zamanda endüstriyel robotların güvenliğine önem veren ISO 10218-1/-2'ye ve işbirlikçi çalışma için robotlarla ilişkilendirilen ISO TS 15066'ya da özellikle dikkat edilmesi önemlidir.  Robot sistemlerini geliştirenler ve entegre edenler sadece robot üreticilerinin aldığı yapısal güvenlik tedbirlerini işlevlerine ve belirtilen standartlara göre düzgün şekilde kontrol etmek zorunda değildir. Aynı zamanda, meydana gelebilecek tehlike ve riskleri göz önünde bulundurmaları gerekir. Bu, ISO/TS 15066'da tanımlanan uygun işbirliği türlerinin uygulanması gibi, hangi güvenlik tedbirlerinin uygun olduğunu anlamak amacıyla, EN ISO 12100'a göre robot sistemi, hareket sekansları ve planlı işbirliği alanı için bir risk değerlendirmesi yapılması anlamına gelir.

Güvenliğe ilişkin işbirlikçi robot sistemlerinin çalışma yöntemleri 

Bu teknik özellikle dört tür işbirlikçi çalışma ortamı oluşturmak için kullanılabilir. "Güvenlikle ilişkili izlenen durak" robotların insanlarla etkileşime girmesini önlerken, "elle yönlendirme" robotun el ile azaltılmış bir hızda yönlendirilerek güvenli bir İRİ gerçekleşmesini sağlar. Üçüncü işbirliği türü olan "güç ve enerji sınırlaması" ise güvenlik kontrolörünün işlevleri hiçbir tehlike veya hasarın gerçekleşmeyeceği biyomekanik yük kapasitesine düşürmesi robotun enerjisini, gücünü ve hızını azaltarak gereken güvenliği sağlar.  Bu durum robotlarla insanlar arasında kasıtlı veya kasıtsız fiziksel temas olup olmadığına bakılmaksızın gerçekleşir. 


İşbirliğinin "hız ve ayrılma izleme" türü ise tamamen oldukça esnek iş senaryolarına ve böylece akıllı fabrikalardaki Industry 4.0 ilkeleri ve üretim süreçlerine uygunluk gösterir. İzlenen ve korunan işbirliği bölgesindeki operatörün çalışma hızına göre ayarlanan robotun hız ve izlediği yollara bağlıdır. Güvenlik mesafeleri sürekli olarak izlenir ve robot gerektiğinde yavaşlatılır, durdurulur veya yönü değiştirilir.  Operatör ile makine arasındaki mesafe asgari mesafeden fazla ise robot sistemi tipik hızlarda ve tipik yolda otomatik olarak hareketine devam eder. Bu durum robotun verimliliğini hemen düzenler. 

İri'de İşlevsel Güvenlik: Uzmanlık, Portföy ve Tek Kaynaktan Uygulama

Farklı ISO/TS 15066 işbirliği türlerinden İRİ uygulamalarında hız ve mesafe izleme gelecekte bize en yüksek potansiyeli sunar.  Bunlarla ilgili olarak düşünüldüğünde ve bu noktaya kadar görülen beraber var olma ve işbirliği etkileşim senaryoları birlikte göz önünde bulundurulduğunda, güvenlikle ilişkili sensör ve kontrol teknolojisinin İRİ'nin aksaksız işleyişine devam edebilmesini sağlarken yeni sorunlarla karşılaştığı açıktır. Aynı zamanda ortak işyerlerinin güvenliğine ilişkin gereklilikler arttıkça gelecekteki işbirlikçi iş durumlarının da artış kaydedeceğine dikkat etmek gerekir. İşlevsel güvenlik için sensör, kontrol ve sistem çözümleri üreticisi ve risk değerlendirme ve güvenlik kavramlarından sistem çözüm uygulamasına kadar kapsamlı güvenlik hizmetleri tedarikçisi olan SICK güvenli robot uygulamalarının tasarımında uzmandır. Ayrıca, SICK yıllardır güvenli robot uygulamalarının gerekliliklerine uygun şekilde gelişen pek çok sensör ve kontrolör sunar. Değişik teknolojilere dayalı güvenlik çözümleri giderek daha akıllı hale gelmekte ve İRİ uygulamalarını mümkün kılar çünkü giderek daha meşakkatli hale gelen gereklilikleri karşılayabilir. 

Görüldüğü üzere, İRİ insan-robot etkileşimini kapsayan tüm uygulamaların yalnızca küçük bir kısmını teşkil eder. SICK bünyesinde geliştirilen ve uygulananlar gibi, robot uygulamalarında işlevsel güvenlik için getirilen yenilikçi çözümler öngörülebilir gelecekte bu payın önemli ölçüde artmasına yardımcı olabilir.