Mặc dù robot cộng tác (cobot) đang dần xuất hiện nhiều hơn trong lĩnh vực sản xuất nhưng vấn đề an toàn vẫn là mối quan tâm của nhiều người, đặc biệt là sự quan tâm hàng đầu của các nhà lãnh đạo. Hãy tìm hiểu cách một số công ty đang nỗ lực giải quyết vấn đề an toàn liên quan đến cobot.
Việc đảm bảo cobot vốn dĩ an toàn là một thách thức đã được giải quyết ổn định thông qua việc triển khai nhiều tiêu chuẩn an toàn khác nhau. Việc xây dựng các tiêu chuẩn an toàn áp dụng bắt đầu với ISO 10218-1:2006 (cập nhật năm 2011) và ISO 10218-2:2018. Phần 1 chỉ đề cập đến robot (tay máy và bộ điều khiển), trong khi Phần 2 đề cập đến hệ thống/ô robot và ứng dụng. Từ năm 2016, ISO/TS 15066:2016 quy định các yêu cầu an toàn cho hệ thống robot công nghiệp cộng tác và môi trường làm việc, đồng thời bổ sung các yêu cầu và hướng dẫn về vận hành robot công nghiệp cộng tác được nêu trong ISO 10218 1 và ISO 10218 2.
Chính những tiêu chuẩn này cho phép các doanh nghiệp ngày nay tạo ra một môi trường nơi robot cộng tác có thể hoạt động cùng con người toàn thời gian, thực hiện các nhiệm vụ hợp tác và điều này đã dẫn đến việc tạo ra nhiều giải pháp chuyên dụng.
Robot cộng tác được phát triển để triển khai làm việc an toàn bên cạnh con người. “Bằng cách đảm nhiệm những nhiệm vụ nặng nhọc và tiềm ẩn nhiều nguy hiểm nhất, robot cộng tác có thể cải thiện môi trường làm việc cho nhân viên bằng cách giải phóng thời gian để họ tập trung vào những công việc sáng tạo hơn và ít đòi hỏi thể lực hơn”, Mark Gray, giám đốc bán hàng tại Universal Robots tại Anh, cho biết.
“Robot cộng tác của Universal Robots được tích hợp một số chức năng an toàn được thiết kế để giảm đáng kể nguy cơ gây hại”, Gray cho biết. “Các chức năng này bao gồm các cảm biến cực nhạy, có thể ngay lập tức dừng mọi hoạt động nếu tiếp xúc với vật thể bất ngờ.”
Định nghĩa ý nghĩa của hợp tác
Tuy nhiên, theo Oliver Giertz, giám đốc sản phẩm servo/chuyển động và robot cho khu vực EMEA của Mitsubishi Electric, hình ảnh quen thuộc về con người làm việc cùng robot cộng tác là một định nghĩa khá hạn hẹp về robot cộng tác hiện đại. “Với những cân nhắc an toàn phù hợp, có thể sử dụng robot, vốn thường được coi là robot công nghiệp, trong một ‘môi trường cộng tác’. Mitsubishi Electric đã đặt ra thuật ngữ ‘robot cộng tác’ để bao hàm định nghĩa rộng hơn về sự cộng tác này”, ông nói.
Cần phải suy nghĩ thêm về vấn đề an toàn để đưa một robot nhanh hơn, mạnh mẽ hơn vào môi trường robot cộng tác truyền thống. “Nó mở rộng khả năng cộng tác vượt ra ngoài phạm vi thông thường của các robot cộng tác để bàn tốc độ thấp, mô-men xoắn thấp. Trong khi một robot cộng tác thông thường có thể dừng lại khi mô-men xoắn tăng nhẹ khi chạm vào một vật thể (ví dụ như người vận hành), một robot mạnh hơn đòi hỏi phải sử dụng các công nghệ an toàn bổ sung”, Giertz nói.
Công dụng điển hình
Những ứng dụng điển hình của robot cộng tác cổ điển bao gồm các ứng dụng nhặt và đặt, xử lý các hoạt động giữa các bước sản xuất khác nhau hoặc cho các ứng dụng theo dõi đường dây, trong đó robot phải đi theo chính xác một quỹ đạo đã chỉ định.
Trong sự hợp tác giữa con người và robot (HRC) như thế này, không gian làm việc của con người và robot chồng chéo về mặt không gian và thời gian để kết hợp các điểm mạnh và lợi thế của máy móc – chẳng hạn như độ tin cậy, độ bền và độ chính xác lặp lại – với điểm mạnh của con người về sự khéo léo, tính linh hoạt và khả năng đưa ra quyết định.
Jochen Vetter, giám đốc dịch vụ tư vấn của Pilz GmbH & Co, cảnh báo rằng ngay cả robot cộng tác cũng không thể tự mình đảm bảo an toàn. Điều quan trọng là phải hiểu rằng không có robot an toàn, chỉ có ứng dụng robot an toàn. “An toàn đến từ sự tương tác giữa các điều kiện biên chuẩn, phân tích rủi ro dựa trên đó, lựa chọn robot có các chức năng an toàn tương ứng và các thành phần an toàn bổ sung phù hợp, và cuối cùng là từ quá trình xác thực”, ông nói.
Tiêu chuẩn Kỹ thuật ISO/TS 15066 “Robot và Thiết bị Robot – Robot công nghiệp cộng tác” đóng vai trò then chốt trong trường hợp này, giúp triển khai hợp tác an toàn giữa người và robot sau khi được xác thực phù hợp. Tiêu chuẩn này mô tả bốn loại hợp tác như các nguyên tắc bảo vệ.
- Dừng theo dõi được đánh giá an toàn
- Hướng dẫn bằng tay
- Theo dõi tốc độ và khoảng cách
- Giới hạn công suất và lực.
Khi triển khai HRC an toàn, các nhà tích hợp hệ thống có thể chọn một trong những loại hình cộng tác này hoặc kết hợp chúng cho ứng dụng của mình.
Phụ lục của ISO/TS 15066 mô tả một mô hình cơ thể. Phụ lục này cung cấp thông tin về các giá trị giới hạn va chạm tương ứng cho từng bộ phận của cơ thể – trên đầu, bàn tay, cánh tay hoặc chân. Nếu ứng dụng nằm trong khoảng giới hạn này khi con người tiếp xúc với robot, thì ứng dụng đó được coi là tuân thủ. Các giá trị ngưỡng đau này được sử dụng trong thực tế để xác nhận HRC an toàn và làm cơ sở cho việc triển khai ứng dụng với giới hạn công suất và lực.
Vetter nhấn mạnh thách thức lớn trong việc đánh giá rủi ro cơ bản cho các ứng dụng robot: “Ranh giới giữa khu vực làm việc riêng biệt của con người và máy móc đã không còn tồn tại.” Bên cạnh những nguy hiểm do robot gây ra, chuyển động của con người cũng cần được xem xét. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có thể tính toán được những rủi ro này dựa trên tốc độ, phản xạ hoặc sự xuất hiện đột ngột của người khác.
Các bước tiếp theo – khái niệm an toàn và thiết kế an toàn – bao gồm yếu tố con người cũng như việc lựa chọn các thành phần phù hợp. Chúng thường là sự kết hợp giữa các cảm biến thông minh và hệ thống điều khiển được liên kết với nhau, giúp thực hiện các quy trình làm việc năng động cần thiết. Các biện pháp an toàn đã chọn sau đó được ghi chép và triển khai trong bước “tích hợp hệ thống”. Tiếp theo là bước “xác thực”, khi các bước trước đó được xem xét lại một lần nữa.
An toàn cắm và chạy
Nhiều robot cộng tác được thiết kế để di chuyển trong nhà máy, vì vậy khi các nhóm sản xuất học cách triển khai và tái triển khai robot cộng tác, các hệ thống an toàn liên quan phải gần như “cắm là chạy”. Tiến sĩ Martin Kidman, chuyên gia sản phẩm an toàn máy móc tại SICK (Anh), cho biết: “Việc đầu tư vào bất kỳ ứng dụng robot nào chỉ để triển khai một hệ thống an toàn lại hạn chế chính hiệu quả quy trình làm việc mà bạn đang cố gắng nâng cao là vô nghĩa”. “Một hệ thống an toàn được thiết kế tốt sẽ bảo vệ thời gian hoạt động của máy móc, giảm thiểu các hoạt động dừng-khởi động và cân nhắc kỹ lưỡng không gian cần thiết để tạo ra một khu vực bảo vệ an toàn xung quanh robot. Việc đánh giá rủi ro vẫn phải được thực hiện, ngay cả khi nhà sản xuất robot đã tích hợp các tính năng giảm thiểu rủi ro vào thiết kế.”
Bất kỳ phương trình an toàn nào cũng bao gồm hai phần: Thứ nhất, phần cứng có thực sự an toàn không? Thứ hai, cách sử dụng có an toàn không? Các nhà sản xuất và tích hợp hệ thống được yêu cầu kiểm tra các biện pháp an toàn kết cấu do nhà sản xuất robot áp dụng. Họ cũng phải xem xét mọi mối nguy hiểm hoặc rủi ro có thể tồn tại và thiết kế hệ thống robot phù hợp.
Kidman cho biết: “Ví dụ, điều quan trọng không kém là phải xem xét thiết kế của công cụ rô-bốt hoặc bộ phận đầu cuối được chọn cho nhiệm vụ, bản thân phôi gia công hoặc các máy móc khác có thể có trong không gian làm việc”.
Tiêu chuẩn EN ISO 10218 nêu chi tiết các mối nguy hiểm và yêu cầu các bộ phận liên quan đến an toàn của hệ thống điều khiển phải được thiết kế để tuân thủ PLd (ISO 13849) hoặc SIL2 (IEC 62061), trong khi ISO TS 15066 tập trung cụ thể vào sự an toàn của robot cộng tác.
Tùy thuộc vào việc ứng dụng robot là hợp tác, cộng tác hay tương tác, việc kết hợp các biện pháp bổ sung để giảm thiểu rủi ro thường là cần thiết. Các biện pháp bổ sung này thường ở dạng công nghệ và hệ thống cảm biến như rèm chắn sáng an toàn hoặc máy quét laser, giúp phát hiện sự hiện diện của con người hoặc xác định tốc độ di chuyển của con người đến khu vực nguy hiểm và khoảng cách của họ với khu vực đó.
Phần kết luận
Khi việc sử dụng robot cộng tác trong lĩnh vực sản xuất ngày càng tăng, điều quan trọng cần nhớ là sự tiếp xúc giữa robot cộng tác và con người có thể dẫn đến nguy cơ va chạm. Ngay cả khi sử dụng một robot được thiết kế ngay từ đầu để làm việc cộng tác với con người, việc đánh giá rủi ro luôn phải được hoàn thành trước khi sử dụng robot cộng tác – và cho tất cả các ứng dụng có thể có của nó. Hãy nhớ rằng không có robot nào an toàn; chỉ có những ứng dụng robot an toàn.