Subhoofdstuk 3.9
Robotveiligheid
Hieronder hebben we de belangrijkste informatie over veiligheidsconcepten voor uw robottoepassing voor u op een rijtje gezet. Ontdek hoe u toegang tot gevaren kunt voorkomen, de bewegingsvrijheid van de robot kunt beperken en een veilige interactie tussen mens en robot kunt waarborgen. Ontdek het belang van veiligheidshekken, geavanceerde detectiesystemen en het belang van het inrichten van werkruimtes voor samenwerking.
Normen en essentiële voorschriften voor robotveiligheid
Robots zijn ongelooflijk veelzijdig en bieden voordelige automatiseringsoplossingen. Ze kunnen echter ook behoorlijk gevaarlijk zijn
Grote, snelle robots kunnen zeer ernstig letsel veroorzaken door beknelling en botsingen. Daarom is de robotveiligheid internationaal gestandaardiseerd in (EN) ISO 10218-1 en -2 een voor de VS in de vrijwel identieke norm ANSI/RIA R15.06. Daarnaast is er met ANSI/RIA R15.08 een norm voor mobiele robots gepubliceerd. Hieronder volgen enkele essentiële veiligheidsregels.
Robotveiligheid is gebaseerd op drie elementen:
- Voorkom toegang door mensen.
- Beperk de bewegingen van de robot.
- Zorg dat fysiek contact veilig is.
Het derde element, het veilig maken van fysiek contact, is een relatief nieuw concept, dat vaak wordt aangeduid als collaboratieve robotwerking. Dit houdt in dat een speciaal ontworpen robotsysteem en een operator binnen dezelfde werkruimte of overlappende werkruimten werken. Eerst moeten de samenwerkingswerkruimte en de gewenste interactie tussen mens en robot worden gepland. Vervolgens worden de risico's geïdentificeerd en worden passende veiligheidsmaatregelen geïmplementeerd.
Wat is een “collaboratieve robottoepassing”?
Al enkele jaren heerst er in de sector veel enthousiasme rond ‘cobots’, een afkorting van ‘collaborative robot’. Opvallend is dat de term nooit door robotfabrikanten is omarmd en ook nooit in veiligheidsnormen is opgedoken.
De term ‘cobot’ wordt vaak geassocieerd met de misvatting dat er een type robot bestaat dat in vrijwel elke toepassing veilig kan werken zonder aanvullende maatregelen. Maar zulke robots bestaan in de praktijk niet.
Om dit misverstand tegen te gaan, spreken de gloednieuwe versies van de internationale robotveiligheidsnormen (EN) ISO 10218-1 en -2 van ‘collaboratieve toepassing’, waarmee wordt aangegeven dat er meer bij komt kijken dan alleen een speciaal type robot. De normen introduceren ook een robotclassificatiesysteem en gedetailleerde eisen voor risicobeoordeling en veiligheidsmaatregelen die moeten worden genomen bij collaboratieve toepassingen.
In een collaboratieve toepassing kan een robot rechtstreeks met operators communiceren. Dit kan fysiek contact inhouden waarbij de robot de operator zou kunnen knellen, duwen of raken. Om ervoor te zorgen dat dit niet tot letsel leidt, moeten de bewegingssnelheid en kracht van de robot worden beperkt.
(EN) ISO 10218-2:2025 bevat nu een beschrijving van het zogenaamde ‘lichaamsmodel’. Hierin worden grenswaarden voor kracht per vierkante centimeter en energielimieten in joules voor verschillende lichaamsdelen gedefinieerd. Voor het hoofdgeled zijn zeer lage waarden van toepassing – ogen, oren, gezicht, nek en slapen zijn zeer gevoelig voor stoten.
Ondanks de beperkte kracht, snelheid en stootenergieën die worden uitgeoefend, moeten het eindgereedschap, de werkstukken en het type interactie worden geanalyseerd om een werkelijk veilige toepassing te creëren.
Robotklassen
Industriële robots zijn gecategoriseerd in twee groepen, klasse I en II. Klasse I industriële robots hebben een laag draagvermogen, bewegen relatief langzaam en uitoefenen slechts weinig kracht in geval van impact. Dit maakt ze geschikt om direct rond mensen te opereren.
Class I-robots moeten voldoen aan strikte limieten met betrekking tot gewicht, kracht en maximale snelheid. Als ze dat doen, moeten hun veiligheidsfuncties van het besturingssysteem een betrouwbaarheidsniveau van PLr = b of SIL 1 bereiken in tegenstelling tot PLr = d of SIL 2 voor class II-robots.
De lage kracht en snelheid maken het mogelijk om direct contact tussen de robot en mensen toe te staan. “Tijdelijk” en “quasi-statisch contact” kunnen pijn veroorzaken maar geen letsel voor operators.
Maar kracht en snelheid zijn niet de enige factoren die risico's bepalen. De “eindeffecteur” of eindgereedschap speelt een cruciale rol. Het kan puntig, scherp of heet zijn. Applicators kunnen giftige materialen spuiten, aanbrengen of injecteren.
Veiligheid in collaboratieve werkruimtes
Wanneer een menselijke operator en een robot een samenwerkende werkomgeving delen, wordt de veiligheid niet alleen bepaald door de robot, maar door de combinatie van gereedschappen, werkstukken en taken die door de robot en de persoon moeten worden uitgevoerd.
In veel toepassingen zijn er niet-samenwerkende en samenwerkende operaties. Voor een deel van een proces werkt de robot alleen met hogere snelheid en kracht. Maar dan nadert hij een pick-and-place-station waar een persoon aan het werk is. De overgangsfase kan gevaarlijk zijn.
Er zijn drie veiligheidsfuncties beschikbaar:
HGC – Om robots op te leiden, wordt vaak handgestuurde bediening gebruikt. De bewegende delen van de robot zijn van stroom voorzien, maar kunnen handmatig naar de gewenste locaties worden verplaatst - bijvoorbeeld een pick-and-place-station. Het regelsysteem van de robot voorkomt gevaarlijke "verrassingsbewegingen".
SSM – Snelheids- en separatiemonitoring bevat detectieapparatuur die een persoon opspoort die een samenwerkingsruimte binnenkomt of verlaat. De robot zal op tijd vertragen en/of stoppen. Nadat de persoon de ruimte heeft verlaten of zich op een veilige afstand van de bewegende delen bevindt, gaat de robot verder met zijn werkzaamheden.
PFL - Druk en kracht van mogelijke aanraking kan beperkt worden. Dit wordt bereikt door ofwel een inherent "zwakke" en trage klasse I-robot of door elektronische veiligheidsfunctions.
Waarom samenwerkingsruimtes mogelijk omheining of barrières nodig hebben
Systeemontwerpers stellen zich vaak een samenwerkingsrobottoepassing voor die geen grenzen kent en "hekkenloos" is. Echter, veiligheidsnormen vereisen dat er duidelijke grenzen worden gesteld voor de samenwerkingswerking van robots.
Hekken of barrières kunnen helpen om een “beschermde ruimte” te definiëren zonder de samenwerking te belemmeren.
Een hek of voetgangersbarrière kan voorkomen dat mensen van de verkeerde kant een samenwerkingsruimte binnenlopen. Het kan ook een samenwerkingsruimte scheiden van looppaden of rijpaden.
Een lage “bewustzijnsbarrière” kan mensen waarschuwen dat ze een potentieel gevaarlijk gebied betreden.
Beide kunnen de efficiëntie van de operatie verbeteren, omdat de robot minder vaak hoeft te stoppen omdat mensen te dichtbij komen.
Risico-evaluatie van samenwerkende robottoepassingen
Zelfs als een langzame, laag-vermogen robot wordt gebruikt in een samenwerkende operationele omgeving, kunnen de taken en operaties gevaarlijk zijn. Risicoanalyse is verplicht volgens de toepasselijke veiligheidsnormen.
Volg deze stappen bij het inschatten van de risico's van een collaboratieve robottoepassing:
Stap 1 – Bepaal de werkobjecten
Stap 2 – Selecteer de eind-effectoren
Stap 3 – Bepaal de vaste apparatuur en andere machines die nodig zijn
Stap 4 – Bepaal de werkoperaties van zowel de robot als de operator(s)
Stap 5 – Ontdek hoeveel ruimte nodig is en hoeveel er beschikbaar is
Stap 6 – Zoek naar de gevaren
Volg niet de standaardaanpak van onmiddellijk naar gevaren te zoeken. Risico in collaboratieve toepassingen is een complexe combinatie van bewegende machineonderdelen en de onvoorspelbare handelingen van mensen. Overweeg typische gedragspatronen zoals reflexen, verrassingsbewegingen, afleiding, verkeerde inschatting van situaties en opzettelijke afwijking van instructies.
Drie veiligheidsmaximes moeten in elk geval worden gevolgd:
Vertrouw niet (alleen) op het lage gewicht, de kracht en de snelheid van de robot.
Voorkom zoveel mogelijk zowel opzettelijk als onvrijwillig contact tussen de robot en de operators.
Vermijd het verplaatsen van een robot op een hoogte die grijpers en andere eind-effectoren nabij het hoofd of gezicht van de operators brengt.
Voor een gedetailleerde beschrijving van risicobeoordeling voor collaboratieve robottoepassingen zie (EN) ISO 10218-2:2025 secties 4.3 en 5.14.
Robotic picking toepassingen
Robots worden steeds vaker ingezet om goederen en pakketten te picken en te plaatsen om bestellingen te voltooien.
Palletiseren is een langdurige toepassing van middelgrote en grote robots. Meer recentelijk worden kleinere robots gebruikt in samenwerkende picking- en plaatstaken in een "goederen-naar-persoon" orderopdracht systeem. Deze robots kunnen direct met mensen interageren omdat ze zich met lage snelheid en kracht bewegen.
Risico's van robotorderpicking en veiligheidsmaatregelen die werken:
Robots die interfacing hebben met transportsystemen en verpakkingsstations kunnen verpletterings- en snijgevaar veroorzaken. Sommige robotgereedschappen kunnen ook gevaar opleveren.
Veiligheidsmaatregelen: Hoewel het risico op letsel laag is, wilt u mogelijk laag veiligheidshekken installeren om mensen weg te houden van dergelijke gevarenzones.Mensen die onnodig een "samenwerkingsruimte" binnenwandelen, kunnen geraakt worden door een onverwachte beweging. Ze kunnen ook ervoor zorgen dat de robot vaak stopt, waardoor de efficiëntie van de operatie wordt verstoord.
Veiligheidsmaatregelen: Installeer lage hekken, voetgangersbarrières of lagere "bewustzijns" barrières om mensen te waarschuwen voor gebieden die ze niet moeten betreden en bepaal van welke kant de samenwerkingsruimte door werknemers moet worden benaderd.
Industrieel robotveiligheid
Robotveiligheid hangt grotendeels af van gesloten "cellen" met omheiningen en toegangsd deuren. Maar in veel toepassingen zijn monitoring systemen aanvullend nodig of kunnen ze zelfs de robot "kooi" vervangen.
Geavanceerde detectiesystemen:
- In vele robotcellen wordt een combinatie van veiligheidshekken met deuren, lichtbarrières en afstandsscanners gebruikt.
- De meest geavanceerde vorm van een detectiesysteem is een 3D-camera. Deze moet op een voldoende hoogte boven de werkplek worden geïnstalleerd om ervoor te zorgen dat deze alle gebieden ziet waarin personen zich kunnen bewegen.
Pas op voor personen die binnen het gevarenzone achter de detectieapparaten blijven. Als dat mogelijk is, kunnen aanvullende veiligheidsmaatregelen nodig zijn.
Veilige zones voor robots
Beveiligingshekken kunnen worden gebruikt om een "veiliggestelde ruimte" te creëren, maar ze mogen normaal gesproken niet worden gebruikt als een "beperkende inrichting" die de "beperkte ruimte" definieert of om de robotbeweging te stoppen. Wat is het verschil?
Om veiligheid te bereiken, moet het bewegingsbereik van een robot beperkt worden tot een zogenaamde “beperkte ruimte”. Dit kan gedaan worden door middel van “mechanische begrenzingsapparaten”. Mechanische begrenzingsapparaten zijn massieve blokken of pennen die op de robotmontageplaat of bij de gewrichten van de hoofdassen zijn geïnstalleerd.
Echter, sommige ontwerpers beschouwen hekwerken voor gebruik als een “mechanisch begrenzingsapparaat”. Dat is geen goed idee. Wanneer een grote en/of snelle robot met een hekwerk in botsing komt, zal het hek heen en weer zwaaien en in veel gevallen permanent vervormd worden. Dit kan gevaar opleveren voor mensen buiten de robotcel.
(EN) ISO 10218-2:2025 in sectie 5.7.4.2 ontmoedigt sterk dit gebruik van hekwerken als een “robotvangnet”: “De perimeterbeveiliging mag niet worden gebruikt als een begrenzingsapparaat wanneer robottoepassingen gevaarlijke vervormingen van de beveiliging kunnen veroorzaken.”
Perimeterbeveiligingen zoals hekken zijn bedoeld om mensen buiten te houden, niet om de robot binnen te houden.
Om de robotbeweging te beperken, gebruik beter
veiligheidsgeclassificeerde motion control hardware en software aangeboden door de robotfabrikant
elektromechanische of nabijheidsbegrenzingsschakelaars
solide hard stops aangeboden door de robotfabrikant (blokken en pennen)
“Robot-safe” hekken - concept of misvatting?
Veel mensen vragen om "robotveilige" omheiningen of wijzen naar testresultaten van omheiningsfabrikanten die een impactweerstand van 2000 joule of meer aantonen.
HHet bewegingsbereik van een robot – de „maximale ruimte“ – hangt af van zijn afmetingen. Systeemontwerpers proberen zo min mogelijk kostbare vloeroppervlakte in beslag te nemen. Om dat te bereiken, wordt de robot zo geprogrammeerd dat hij in een veel kleinere „werkruimte“ opereert. Daaromheen moet de applicatieontwerper een „beperkte ruimte“ creëren die de robot niet mag verlaten. Deze ruimte is bedoeld om ervoor te zorgen dat de robot voldoende ruimte heeft om af te remmen en tot stilstand te komen.
Afschermingen en andere beveiligingsvoorzieningen creëren een ‘beveiligde ruimte’ waar mensen tijdens het gebruik niet mogen komen. Deze ruimte moet nog groter zijn dan de ‘beperkte ruimte’. Zelfs als er storingen optreden, mag de robot nooit buiten de beveiligde ruimte komen.
Een robot wordt dus omsloten door drie sferen van toenemende grootte
werkruimte (A), waar de robot werkt
beperkte ruimte (B) waar de robot niet verder dan mag bewegen
beveiligde ruimte (D) die mensen niet mogen betreden en die de robot nooit mag bereiken
Hoeveel afstand moet u inplannen tussen de ‘beperkte ruimte’ en de externe veiligheidshekken? Bij veiligheidshekken van gaas kunnen vingers erdoorheen steken. Om ervoor te zorgen dat mensen die dat doen niet door de robot worden verwond, is een extra veiligheidsafstand (C) van ten minste 120 mm nodig binnen de cel tussen de ‘beperkte ruimte’ van de robotbeweging en de afscherming.
Afschermingen hoeven dus niet ‘robotveilig’ te zijn ontworpen, omdat ze niet bedoeld zijn om de beweging van de robot te stoppen. In feite moet de robot op ruime afstand van de afscherming stoppen, zelfs als er storingen optreden.
Deze infographic illustreert hoe je kritisch kunt nadenken over veiligheidsafstanden voor industriële robots. Leer waarom beveiligingshekken belangrijk zijn, hoe ongevallen zich voordoen, en wanneer hekken misschien niet de enige oplossing zijn. Ontdek de belangrijke overwegingen om mensen veilig te houden rond robots.