I robot industriali si trovano in tutta l'industria ovunque sia necessario soddisfare esigenze di elevata produttività. L'uso di robot, tuttavia, richiede la progettazione, l'applicazione e l'implementazione di adeguati controlli di sicurezza al fine di evitare di creare pericoli per il personale di produzione, i programmatori, gli specialisti della manutenzione e gli ingegneri di sistema.
Perché i robot industriali sono pericolosi?
Una definizione di robot è "macchine automatiche in movimento che sono liberamente programmabili e sono in grado di funzionare con poca o nessuna interfaccia umana". Questi tipi di macchine sono attualmente utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni nell'industria e nella medicina, inclusa la formazione. I robot industriali vengono sempre più utilizzati per funzioni chiave, come nuove strategie di produzione (CIM, JIT, produzione snella e così via) in installazioni complesse. Il loro numero e l'ampiezza delle applicazioni e la complessità delle apparecchiature e delle installazioni comportano pericoli come i seguenti:
- movimenti e sequenze di movimenti quasi impossibili da seguire, poiché i movimenti ad alta velocità del robot nel suo raggio d'azione spesso si sovrappongono a quelli di altre macchine e apparecchiature
- rilascio di energia causato da parti volanti o fasci di energia come quelli emessi dai laser o dai getti d'acqua
- libera programmabilità in termini di direzione e velocità
- suscettibilità all'influenza di errori esterni (ad esempio, compatibilità elettromagnetica)
- fattori umani.
Indagini in Giappone indicano che oltre il 50% degli infortuni sul lavoro con i robot può essere attribuito a guasti nei circuiti elettronici del sistema di controllo. Nelle stesse indagini, "l'errore umano" era responsabile di meno del 20%. La conclusione logica di questa scoperta è che i pericoli causati da guasti del sistema non possono essere evitati mediante misure comportamentali adottate dagli esseri umani. I progettisti e gli operatori devono quindi prevedere e implementare misure tecniche di sicurezza (vedi figura 1).
Figura 1. Sistema di controllo operativo speciale per l'impostazione di un robot di saldatura mobile
Incidenti e modalità operative
Gli incidenti mortali che coinvolgono robot industriali iniziarono a verificarsi all'inizio degli anni '1980. Le statistiche e le indagini indicano che la maggior parte degli incidenti e degli incidenti non si verifica durante il normale funzionamento (adempimento automatico dell'incarico in questione). Quando si lavora con macchine e installazioni di robot industriali, si pone l'accento su modalità operative speciali come la messa in servizio, l'impostazione, la programmazione, i test, i controlli, la risoluzione dei problemi o la manutenzione. In queste modalità operative, le persone si trovano solitamente in una zona pericolosa. Il concetto di sicurezza deve proteggere il personale da eventi negativi in questo tipo di situazioni.
Requisiti di sicurezza internazionali
La Direttiva Macchine CEE del 1989 (89/392/CEE (vedere l'articolo “Principi di sicurezza per le macchine utensili a controllo numerico” in questo capitolo e altrove in questo Enciclopedia)) stabilisce i principali requisiti di sicurezza e salute per le macchine. Una macchina è considerata la somma totale di parti o dispositivi interconnessi, di cui almeno una parte o dispositivo può muoversi e ha corrispondentemente una funzione. Per quanto riguarda i robot industriali, occorre tenere presente che l'intero sistema, non solo un singolo equipaggiamento sulla macchina, deve soddisfare i requisiti di sicurezza ed essere dotato degli opportuni dispositivi di sicurezza. L'analisi dei pericoli e la valutazione dei rischi sono metodi adatti per determinare se questi requisiti sono stati soddisfatti (vedi figura 2).
Figura 2. Schema a blocchi per un sistema di sicurezza del personale
Requisiti e misure di sicurezza durante il normale funzionamento
L'uso della tecnologia robotica pone le massime esigenze in termini di analisi dei pericoli, valutazione dei rischi e concetti di sicurezza. Per questo motivo, i seguenti esempi e suggerimenti possono servire solo come linee guida:
1. Dato l'obiettivo di sicurezza che deve essere impedito l'accesso manuale o fisico alle aree pericolose che comportano movimenti automatici, le soluzioni suggerite includono quanto segue:
- Impedire l'accesso manuale o fisico nelle zone pericolose mediante barriere meccaniche.
- Utilizzare dispositivi di sicurezza del tipo che reagiscono all'avvicinamento (barriere fotoelettriche, pedane di sicurezza) e fare attenzione a spegnere i macchinari in modo sicuro durante l'accesso o l'accesso.
- Consentire l'accesso manuale o fisico solo quando l'intero sistema è in uno stato sicuro. Ad esempio, ciò può essere ottenuto mediante l'utilizzo di dispositivi di interblocco con meccanismi di chiusura sulle porte di accesso.
2. Dato l'obiettivo di sicurezza che nessuna persona possa essere ferita a causa del rilascio di energia (parti volanti o raggi di energia), le soluzioni suggerite includono:
- La progettazione dovrebbe impedire qualsiasi rilascio di energia (ad es. connessioni dimensionate in modo corrispondente, dispositivi di interblocco passivo della pinza per meccanismi di cambio pinza, ecc.).
- Impedire il rilascio di energia dalla zona pericolosa, ad esempio, mediante una cappa di sicurezza adeguatamente dimensionata.
3. Le interfacce tra il funzionamento normale e il funzionamento speciale (ad es. dispositivi di interblocco porte, fotocellule, pedane di sicurezza) sono necessarie per consentire al sistema di controllo di sicurezza di riconoscere automaticamente la presenza del personale.
Richieste e misure di sicurezza in modalità operative speciali
Alcune modalità operative speciali (ad es. configurazione, programmazione) su un robot industriale richiedono movimenti che devono essere valutati direttamente sul luogo di funzionamento. L'obiettivo di sicurezza rilevante è che nessun movimento possa mettere in pericolo le persone coinvolte. I movimenti dovrebbero essere
- solo dello stile e della velocità programmati
- prolungato solo fino a quando istruito
- quelli che possono essere eseguiti solo se è possibile garantire che nessuna parte del corpo umano si trovi nella zona di pericolo.
Una soluzione suggerita a questo obiettivo potrebbe comportare l'uso di speciali sistemi di controllo operativo che consentono solo movimenti controllabili e gestibili utilizzando controlli riconoscibili. La velocità dei movimenti viene quindi ridotta in modo sicuro (riduzione dell'energia mediante il collegamento di un trasformatore di isolamento o l'uso di apparecchiature di monitoraggio dello stato di sicurezza) e la condizione di sicurezza viene riconosciuta prima che il controllo possa attivarsi (vedere figura 3).
Figura 3. Robot industriale a sei assi in una gabbia di sicurezza con cancelli del materiale
Richieste sui sistemi di controllo di sicurezza
Una delle caratteristiche di un sistema di controllo di sicurezza deve essere che la funzione di sicurezza richiesta sia garantita per funzionare ogni volta che si verificano guasti. Le macchine robotiche industriali dovrebbero essere dirette quasi istantaneamente da uno stato pericoloso a uno stato sicuro. Le misure di controllo della sicurezza necessarie per raggiungere questo obiettivo includono i seguenti obiettivi di sicurezza:
- Un guasto nel sistema di controllo di sicurezza non può attivare uno stato pericoloso.
- Un guasto nel sistema di controllo di sicurezza deve essere identificato (immediatamente o ad intervalli).
Le soluzioni suggerite per fornire sistemi di controllo di sicurezza affidabili sarebbero:
- disposizione ridondante e diversificata dei sistemi di controllo elettromeccanici, compresi i circuiti di prova
- configurazione ridondante e diversificata di sistemi di controllo a microprocessore sviluppati da diversi team. Questo approccio moderno è considerato lo stato dell'arte; ad esempio quelli completi di fotocellule di sicurezza.
Obiettivi di sicurezza per la costruzione e l'uso di robot industriali.
Quando vengono costruiti e utilizzati robot industriali, sia i produttori che gli utenti devono installare controlli di sicurezza all'avanguardia. Oltre all'aspetto della responsabilità legale, potrebbe esserci anche un obbligo morale di garantire che la tecnologia robotica sia anche una tecnologia sicura.
Modalità di funzionamento normale
Le seguenti condizioni di sicurezza devono essere fornite quando le macchine robotiche funzionano in modalità normale:
- Il campo di movimento del robot e le aree di lavorazione utilizzate dalle apparecchiature periferiche devono essere messi in sicurezza in modo da impedire l'accesso manuale o fisico delle persone alle aree pericolose a causa dei movimenti automatici.
- La protezione deve essere fornita in modo che i pezzi o gli strumenti volanti non possano causare danni.
- Nessuna persona deve essere ferita da parti, strumenti o pezzi espulsi dal robot o dal rilascio di energia, a causa di una o più pinze difettose, interruzione dell'alimentazione della pinza, velocità non ammissibile, collisione/i o pezzo/i difettoso/i.
- Nessuna persona può essere ferita dal rilascio di energia o da parti espulse da apparecchiature periferiche.
- Le aperture di alimentazione e prelievo devono essere progettate in modo da impedire l'accesso manuale o fisico a zone pericolose a causa di movimenti automatici. Questa condizione deve essere soddisfatta anche quando il materiale di produzione viene rimosso. Se il materiale di produzione viene alimentato automaticamente al robot, non possono essere create aree pericolose dalle aperture di alimentazione e prelievo e dal materiale di produzione in movimento.
Modalità operative speciali
Le seguenti condizioni di sicurezza devono essere fornite quando le macchine robotiche operano in modalità speciali:
Durante l'eliminazione di un'interruzione del processo di produzione, è necessario evitare quanto segue:
- accesso manuale o fisico ad aree pericolose a causa di movimenti automatici del robot o di apparecchiature periferiche
- pericoli che derivano da un comportamento scorretto da parte del sistema o da comandi immessi inammissibili se persone o parti del corpo si trovano nell'area esposta a movimenti pericolosi
- movimenti o condizioni pericolosi avviati dal movimento o dalla rimozione di materiale di produzione o prodotti di scarto
- lesioni causate da apparecchiature periferiche
- i movimenti che devono essere eseguiti con il/i riparo/i di sicurezza per il normale funzionamento rimosso, da eseguire solo entro l'ambito e la velocità operativa e solo se istruiti. Inoltre, nessuna persona o parte del corpo deve essere presente nell'area a rischio.
Durante l'installazione devono essere garantite le seguenti condizioni di sicurezza:
Nessun movimento pericoloso può essere avviato a causa di un comando errato o di un comando errato.
- La sostituzione della macchina robotica o delle parti periferiche non deve avviare movimenti o condizioni pericolose.
- Se i movimenti devono essere eseguiti con le protezioni di sicurezza per il normale funzionamento rimosse durante le operazioni di installazione, tali movimenti possono essere eseguiti solo entro l'ambito e la velocità indicati e solo se istruiti. Inoltre, nessuna persona o parte del corpo deve essere presente nell'area a rischio.
- Durante le operazioni di installazione, le apparecchiature periferiche non devono eseguire movimenti pericolosi o avviare condizioni pericolose.
Durante la programmazione valgono le seguenti condizioni di sicurezza:
- Deve essere impedito l'accesso manuale o fisico ad aree pericolose a causa di movimenti automatici.
- Se i movimenti vengono eseguiti con il/i riparo/i di protezione per il normale funzionamento rimosso, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:
- (a) Solo il comando di movimento può essere eseguito, e solo fintanto che viene impartito.
- (b) Possono essere eseguiti solo movimenti controllabili (ovvero, devono essere chiaramente visibili, movimenti a bassa velocità).
- (c) I movimenti possono essere avviati solo se non costituiscono un pericolo per il programmatore o altre persone.
- Le apparecchiature periferiche non devono rappresentare un pericolo per il programmatore o per altre persone.
Le operazioni di test sicure richiedono le seguenti precauzioni:
Impedire l'accesso manuale o fisico ad aree pericolose a causa di movimenti automatici.
- Le apparecchiature periferiche non devono essere fonte di pericolo.
Durante l'ispezione di macchine robotizzate, le procedure sicure includono quanto segue:
- Se è necessario entrare nel campo di movimento del robot a scopo di ispezione, ciò è consentito solo se il sistema è in uno stato sicuro.
- Devono essere evitati i pericoli causati da un comportamento errato del sistema o dall'immissione di comandi inammissibili.
- Le apparecchiature periferiche non devono costituire una fonte di pericolo per il personale di ispezione.
La risoluzione dei problemi richiede spesso l'avvio della macchina robotica mentre si trova in una condizione potenzialmente pericolosa e devono essere implementate procedure di lavoro sicure speciali come le seguenti:
- Deve essere impedito l'accesso a zone pericolose a causa di movimenti automatici.
- Deve essere impedito l'avvio di un'unità di azionamento a seguito di un comando errato o di un comando errato.
- Nel maneggiare un pezzo difettoso, tutti i movimenti da parte del robot devono essere impediti.
- Devono essere evitate lesioni causate da parti della macchina che vengono espulse o cadono.
- Se, durante la risoluzione dei problemi, i movimenti devono essere eseguiti con la protezione o le protezioni di sicurezza per il normale funzionamento rimosse, tali movimenti possono essere eseguiti solo entro l'ambito e la velocità stabiliti e solo se istruiti. Inoltre, nessuna persona o parte del corpo deve essere presente nell'area a rischio.
- Le lesioni causate dalle apparecchiature periferiche devono essere prevenute.
Anche la risoluzione di un guasto e gli interventi di manutenzione possono richiedere l'avviamento mentre la macchina si trova in una condizione non sicura e quindi richiedere le seguenti precauzioni:
- Il robot non deve essere in grado di avviarsi.
- La movimentazione di varie parti della macchina, sia manualmente che con attrezzature ausiliarie, deve essere possibile senza rischio di esposizione a pericoli.
- Non deve essere possibile toccare parti “vive”.
- Devono essere prevenute le lesioni causate dalla fuoriuscita di fluidi liquidi o gassosi.
- Le lesioni causate dalle apparecchiature periferiche devono essere prevenute.