Comprender la seguridad de los robots colaborativos y la evaluación de riesgos

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En el entorno industrial actual, existe una necesidad cada vez mayor de máquinas flexibles que funcionen de forma autónoma y se adapten a las condiciones de producción cambiantes de forma rápida y eficiente.

La colaboración humano-robot es una de las respuestas a estas necesidades flexibles. Su objetivo es unir las mejores cualidades de los humanos y los robots para reducir los costos y el tiempo de fabricación.

Pero una fuente importante de preocupación para un lugar de trabajo colaborativo es la seguridad, es decir, proteger a los trabajadores contra los peligros que representan la velocidad, el movimiento y la fuerza de los robots porque un impacto con un robot en movimiento puede causar lesiones graves.

Los robots pueden causar lesiones graves y mortales a los trabajadores durante intervenciones como mantenimiento, desbloqueo, ajustes y configuración. Tradicionalmente, los robots estaban físicamente separados detrás de barreras físicas como vallas de seguridad, pero un sistema robótico colaborativo busca eliminar estas barreras y permite interacciones más cercanas entre operadores y robots.

De acuerdo con el estándar de seguridad internacional, la evaluación de riesgos es el primer paso para comprender y eliminar los entornos de trabajo peligrosos. Las siguientes son algunas de las situaciones peligrosas más comunes en un entorno colaborativo.

Peligros de seguridad comunes

  • Movimiento del brazo robótico, pinza u otros dispositivos de retención en la dirección del trabajador.
  • Falta de limitación de la fuerza y ​​falta de limitación de la velocidad
  • Un movimiento repentino e inesperado de un robot o desviación de su ruta prevista.
  • Objetos proyectados desde el robot, que golpean a un trabajador después de una falla de accesorios, pinzas u otras piezas mecánicas.
  • Una liberación repentina de energía almacenada o trabajadores en las proximidades de la boquilla de la unidad de inyección.
  • El trabajador en estrecha proximidad a componentes eléctricos vivos o en contacto con piezas o partes vivas accidentalmente cobra vida debido a un cortocircuito o problema de aislamiento.
  • Pérdida de equilibrio y caída de altura por piezas resbaladizas o detective/mal acceso, provocando fracturas o muerte.

Los pasos individuales más importantes para proporcionar seguridad y evaluación de riesgos son identificar las posibles situaciones peligrosas, determinar el nivel de riesgo e implementar los requisitos de las medidas de reducción de riesgos para reducir el riesgo a un nivel aceptable.

Los factores a tener en cuenta a la hora de estimar el riesgo son los siguientes:

  • La gravedad del daño – Gravedad de las lesiones o daños a la salud (p. ej., leves, graves o la muerte) y la extensión del daño (p. ej., una o varias personas)
  • Probabilidad de ocurrencia del daño – La exposición de los trabajadores al peligro, la ocurrencia de un evento peligroso y las posibilidades técnicas y humanas para evitar o limitar el daño.
  • Frecuencia de exposición al peligro – Necesidad de acceso a la zona de peligro (p. ej., para operación normal, corrección de mal funcionamiento, mantenimiento o reparación); naturaleza del acceso (p. ej., alimentación manual de materiales); tiempo pasado en la zona de peligro; y número de personas que requieren acceso
  • Duración de la exposición al peligro y frecuencia de acceso.
  • Probabilidad de ocurrencia de un evento peligroso – Confiabilidad y otros datos estadísticos; historial de accidentes; la historia de daños a la salud; y comparación de riesgos
  • Posibilidad de evitar o limitar el daño – Diferentes personas que pueden estar expuestas al(los) peligro(s), (p. ej., calificadas o no calificadas); la rapidez con la que la situación peligrosa podría causar daño (p. ej., repentina, rápida o lentamente); cualquier conocimiento del riesgo (p. ej., mediante información general, información de uso, observación directa o mediante señales de advertencia y dispositivos indicadores en la maquinaria; la capacidad humana para evitar o limitar el daño (p. ej., reflejo, agilidad, posibilidad de escape) y experiencia y conocimientos prácticos (p. ej., de la maquinaria, de maquinaria similar o ausencia de experiencia)

Una evaluación de riesgos tiene como objetivo aumentar la comprensión de los peligros y reducir la tasa y la gravedad de las lesiones. También puede aumentar o mantener la eficiencia operativa a través de medidas de reducción de riesgos correctamente especificadas y diseñadas y garantizar soluciones rentables y sostenibles.

Algunos de los modos comunes de operación en términos de seguridad y estrategias en torno a los robots colaborativos son los siguientes.

1. Monitoreo de estado detenido o parada monitoreada con clasificación de seguridad

El robot se detiene cuando el trabajador ingresa al espacio de trabajo colaborativo. Continúa monitoreando hasta que el trabajador se va y luego vuelve a trabajar. Este modo puede parecerse a un robot protegido dentro de una jaula que se detiene cuando el trabajador ingresa a la jaula. Aún así, la diferencia es que el robot reanuda automáticamente el trabajo cuando el trabajador se va.

2. Monitoreo de velocidad y separación

El robot se ralentiza cuando un trabajador se acerca. El movimiento del robot solo se permite cuando la distancia de separación está por encima de una distancia de separación mínima. Se utilizan diferentes tecnologías (escáneres láser, alfombras de seguridad, sistemas basados ​​en visión) para detectar la posición del operador con respecto al robot. El robot mantiene una determinada velocidad y barrera de separación entre él y el trabajador. La velocidad relativa del trabajador y del robot se considera para los requisitos de distancia mínima.

3. Limitación de potencia y fuerza

Es un diseño y control inherente del robot. En este modo, la potencia y la fuerza del robot están limitadas. Cuando el robot entra en contacto con un ser humano o cualquier objeto con un cierto valor de fuerza, se detiene inmediatamente. El robot conoce las cantidades de fuerza requeridas para levantar una carga y moverla. Cuando reconoce un aumento en el par o la fuerza necesaria para el movimiento, como una colisión, el brazo robótico se detiene de forma segura.

4. Robots de guía manual o asistencia por gestos

El trabajador está en contacto directo con el robot. Él guía y entrena al robot. El robot asiste al trabajador en tareas en las que se debe ejercer una fuerza. El movimiento del robot solo se permite a través de la entrada directa del operador. La parte de guía manual está cerca del efector final y consta de un dispositivo de habilitación y una parada de emergencia.

Medidas de reducción de riesgos

Para los robots que trabajan en un espacio de trabajo colaborativo, la seguridad humana es uno de los aspectos más serios e importantes a considerar. Las empresas deben llevar a cabo medidas proactivas de reducción de riesgos para garantizar que los robots y los humanos realicen tareas simultáneamente durante las operaciones de producción. Muchos organismos de normalización se ocupan de la seguridad en las interacciones entre humanos y robots, y los más influyentes son la Organización Internacional de Normalización (ISO). Las medidas de seguridad inherentes que se utilizan normalmente en los robots colaborativos incluyen:

  • Las rutas de velocidad y movimiento (trayectoria) del robot se controlan y ajustan en función de la velocidad y la posición del operador en el espacio protegido.
  • Limitación de las fuerzas o momentos máximos admisibles, p. ej., mediante el dimensionamiento del accionamiento
  • La configuración de las interfaces del robot reduce el impacto de la presión o las fuerzas de colisión transmitidas (p. ej., superficies de robot redondeadas, almohadillas que absorben energía). Instalar topes de seguridad de goma o anillos de seguridad para detectar el contacto e iniciar una parada de protección.
  • Instalar acolchado en los componentes para aumentar la superficie de contacto, reducir la tasa de transferencia de energía y eliminar los bordes afilados o puntiagudos. El acolchado puede proteger las esquinas y los bordes de componentes como accesorios, sensores, válvulas, conectores, lentes e imanes.
  • Limitación del par, la fuerza o la velocidad a través de un sistema de control
  • Uso de dispositivos de protección sensibles a la presión (PSPE) o dispositivos de protección electrosensibles (ESPE) para detener o invertir los movimientos del robot. Instalar escáneres láser sin clasificación de seguridad para señalar advertencias de movimiento y pausar el robot en momentos críticos.
  • Publique un diagrama que muestre el espacio colaborativo en puntos clave o marque un contorno en el piso o instale rieles de concientización
  • Restrinja la entrada: coloque etiquetas de precaución que restrinjan la entrada solo al personal autorizado.
  • Aplique cubiertas táctiles en el brazo del robot para detectar el contacto y detener el robot a través de un tope de protección.
  • Pruebe la funcionalidad de las siguientes funciones de seguridad: límite de fuerza, límites de velocidad, espacio restrictivo, restricciones de eje/postura y dispositivos de detección de seguridad de contacto.
  • Confirme el cumplimiento de los umbrales de dolor y lesiones.

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