Sezione 3.9
Sicurezza dei robot
Di seguito abbiamo riassunto le informazioni più importanti sui concetti di sicurezza per la tua applicazione robotica. Scopri come impedire l’accesso alle aree pericolose, limitare i movimenti dei robot e garantire un’interazione sicura tra uomo e macchina. Approfondisci l'importanza delle barriere di sicurezza, dei sistemi di rilevamento avanzati e della corretta progettazione degli spazi di lavoro collaborativi.
Standard e normative essenziali per la sicurezza dei robot.
I robot sono incredibilmente versatili, e offrono soluzioni di automazione economiche. Tuttavia, possono anche essere piuttosto pericolosi.
I robot grandi che operano ad alta velocità possono causare infortuni molto gravi per schiacciamento e impatto. Pertanto, la sicurezza dei robot è stata standardizzata a livello internazionale all'interno dell' (EN) ISO 10218-1 e -2, e per gli Stati Uniti nell'ANSI/RIA R15.06 quasi identico. Inoltre, è stato pubblicato uno standard per i robot mobili con l'ANSI/RIA R15.08. Di seguito sono presentate alcune regole di sicurezza fondamentali.
La sicurezza dei robot si basa su tre elementi:
- Prevenire l'accesso alle persone.
- Limitare il movimento del robot.
- Rendere sicuro il contatto fisico.
Il terzo elemento, rendere sicuro il contatto fisico, è un concetto relativamente nuovo, spesso definito come operazione collaborativa dei robot. Significa che un sistema robotico appositamente progettato e un operatore lavorano all'interno dello stesso spazio di lavoro o in spazi di lavoro sovrapposti. Prima, deve essere pianificato lo spazio di lavoro per la collaborazione e l'interazione desiderata tra uomo e robot. Poi, i rischi vengono identificati e vengono implementate le misure di sicurezza appropriate.
Che cos'è un' "applicazione robotica collaborativa"?
Da alcuni anni si è diffuso un grande entusiasmo nel settore industriale attorno al tema dei "cobot", abbreviazione di "robot collaborativo". È interessante notare che questo termine non è mai stato accolto favorevolmente dai produttori di robot, né è mai comparso nelle norme di sicurezza.
Il termine “cobot” è spesso associato all'errata convinzione che esista un tipo di robot in grado di operare in sicurezza praticamente in qualsiasi applicazione senza richiedere ulteriori misure di protezione. Tuttavia, robot di questo tipo non esistono nel mondo reale.
Per contrastare questa falsa concezione, le più recenti versioni delle norme internazionali di sicurezza dei robot (EN) ISO 10218-1 e (EN) ISO 10218-2 introducono il concetto di "applicazione collaborativa", evidenziando che la sicurezza non dipende semplicemente da una particolare tipologia di robot. Le norme introducono inoltre un sistema di classificazione dei robot e requisiti dettagliati per la valutazione dei rischi e per le misure di sicurezza da adottare nelle applicazioni collaborative.
In un'applicazione collaborativa, un robot può interagire direttamente con gli operatori. Ciò può includere anche il contatto fisico, durante il quale il robot potrebbe schiacciare, spingere o urtare l'operatore. Per garantire che tali interazioni non provochino lesioni, è necessario limitare la velocità di movimento e la forza esercitata dal robot.
La norma (EN) ISO 10218-2:2025 include ora una descrizione del cosiddetto “modello del corpo umano”. Tale modello definisce i valori limite della forza per centimetro quadrato ed i valori limite dell'energia, espressi in joule, per le diverse regioni del corpo. Per la regione della testa sono previsti limiti particolarmente bassi, poiché occhi, orecchie, viso, collo e tempie sono estremamente sensibili agli impatti.
Nonostante la limitazione della forza, della velocità e dell'energia d'impatto, è comunque necessario analizzare l'organo terminale del robot, i pezzi lavorati e il tipo di interazione previsto, al fine di realizzare un'applicazione realmente sicura.
Classi di robot
I robot industriali sono classificati in due gruppi, classe I e II. I robot industriali di classe I hanno un basso carico utile, si muovono relativamente lentamente ed esercitano solo una forza limitata in caso di impatto. Questo li rende adatti ad operare direttamente in prossimità delle persone.
I robot di classe I devono rispettare limiti rigorosi riguardo a peso, forza e velocità massima. Se soddisfano tali requisiti, le funzioni di sicurezza del loro sistema di controllo devono raggiungere un livello di affidabilità pari a PLr = b o SIL 1, invece di PLr = d o SIL 2, richiesti per i robot di classe II.
La bassa forza e la ridotta velocità rendono possibile consentire un contatto diretto tra il robot e le persone. Il contatto “transitorio” e il contatto “quasi statico” possono causare dolore, ma non lesioni agli operatori.
Tuttavia, forza e velocità non sono gli unici fattori che determinano il rischio. L’effettore finale (end effector o utensile di estremità del braccio) svolge un ruolo fondamentale. Può essere appuntito, con bordi taglienti o caldo. Gli applicatori possono spruzzare, applicare o iniettare materiali tossici.
Sicurezza negli spazi di lavoro collaborativi
Quando un operatore umano e un robot condividono uno spazio di lavoro collaborativo, la sicurezza non dipende solo dal robot, ma dalla combinazione di strumenti, pezzi da lavorare e attività da svolgere sia da parte del robot che della persona.
In molte applicazioni sono presenti sia operazioni collaborative che non collaborative. Per una parte del processo il robot lavora autonomamente ad alta velocità e con forza elevata. Successivamente si avvicina a una stazione di pick and place in cui opera una persona ed è proprio questa fase di transizione che può risultare pericolosa.
Sono disponibili tre funzioni di sicurezza:
HGC – Per l’addestramento dei robot viene spesso utilizzato il controllo manuale guidato. Le parti mobili del robot sono alimentate, ma possono essere spostate manualmente verso le posizioni desiderate, ad esempio una stazione di pick and place. Il sistema di controllo del robot impedisce qualsiasi movimento improvviso pericoloso.
SSM – Il monitoraggio della velocità e della distanza utilizza dispositivi di rilevamento che identificano quando una persona entra o esce da uno spazio di lavoro collaborativo. Il robot rallenta e/o si arresta in tempo. Una volta che la persona ha lasciato l’area o si trova a una distanza di sicurezza dalle parti in movimento, il robot riprende il funzionamento.
PFL - La limitazione della pressione e della forza di contatto può essere ottenuta tramite un robot intrinsecamente “debole” e lento (classe I) oppure mediante funzioni di sicurezza elettroniche.
Perché gli spazi di lavoro collaborativi potrebbero necessitare di recinzioni o barriere
I progettisti di sistemi spesso immaginano un'applicazione con robot collaborativi priva di confini e "senza recinzioni". Tuttavia, le norme di sicurezza richiedono che vengano definiti confini chiari per il funzionamento collaborativo dei robot.
Le recinzioni o le barriere possono contribuire a definire uno “spazio protetto” senza ostacolare la collaborazione.
Una recinzione di sicurezza o una barriera pedonale può impedire alle persone di entrare in maniera non intenzionale in un'area di lavoro collaborativa dal lato sbagliato. Può inoltre separare lo spazio collaborativo da passaggi pedonali o aree di transito veicolare.
Una barriera bassa di tipo “informativo” (awareness barrier) può avvisare le persone del fatto che stanno entrando in un’area potenzialmente pericolosa.
Entrambe le soluzioni possono migliorare l'efficienza operativa, poiché il robot dovrà fermarsi meno frequentemente a causa dell’eccessivo avvicinamento delle persone.
Valutazione dei rischi delle applicazioni con robot collaborativi
Anche quando viene utilizzato un robot collaborativo a bassa velocità e con forze limitate in un ambiente di lavoro collaborativo, le attività e le operazioni possono comunque comportare dei rischi. Per questo motivo, la valutazione dei rischi è obbligatoria in conformità alle norme di sicurezza applicabili.
Per effettuare la valutazione dei rischi di un'applicazione con robot collaborativo, è consigliabile seguire i seguenti passaggi:
Fase 1 – Definire i pezzi o gli oggetti da manipolare
Fase 2 – Selezionare gli utensili di estremità del braccio (End-of-Arm Tools, EOAT)
Fase 3 – Individuare le attrezzature fisse e gli altri macchinari necessari
Fase 4 – Definire le operazioni svolte sia dal robot sia dagli operatori
Fase 5 – Valutare lo spazio necessario e quello effettivamente disponibile
Fase 6 – Identificare i pericoli
È importante non seguire l'approccio tradizionale, che consiste nell'identificare immediatamente i pericoli. Nelle applicazioni collaborative, infatti, il rischio deriva da una complessa interazione tra i movimenti della macchina e il comportamento, spesso imprevedibile, delle persone. Occorre quindi considerare anche i comportamenti tipici degli operatori, quali riflessi istintivi, movimenti improvvisi dovuti alla sorpresa, distrazioni, errori di valutazione della situazione e deviazioni volontarie dalle istruzioni operative.
In ogni caso, dovrebbero essere rispettati tre principi fondamentali di sicurezza:
Non fare affidamento esclusivamente sul peso ridotto, sulle forze limitate o sulla bassa velocità del robot.
Prevenire, per quanto possibile, qualsiasi contatto, sia volontario sia involontario, tra il robot e gli operatori.
Evitare che il robot si muova ad altezze tali da portare la pinza o altri utensili di estremità in prossimità della testa o del volto degli operatori.
Per una descrizione dettagliata della valutazione dei rischi nelle applicazioni con robot collaborativi fare riferimento alla (IT) ISO 10218-2:2025 sezioni 4.3 e 5.14.
Applicazioni di picking robotizzato
I robot sono sempre più utilizzati per prelevare e posizionare merci e pacchi al fine di completare gli ordini.
La pallettizzazione è da tempo un’applicazione consolidata per robot di medie e grandi dimensioni. Più recentemente, robot più piccoli vengono utilizzati in applicazioni collaborative di prelievo e posizionamento all’interno di schemi di evasione ordini “goods-to-person”. Questi robot possono interagire direttamente con le persone poiché operano a bassa velocità e con forze limitate.
Rischi nelle operazioni robotizzate di order picking e misure di sicurezza efficaci
I robot che interagiscono con sistemi di trasporto e stazioni di imballaggio possono generare rischi di schiacciamento e cesoiamento. Anche alcuni utensili robotici possono presentare pericoli specifici.
Misure di sicurezza: Sebbene il rischio di lesioni sia ridotto, può essere opportuno installare recinzioni di protezione basse per tenere le persone lontane da tali zone pericolose.Le persone che entrano senza motivo in uno “spazio collaborativo” possono essere esposte a movimenti imprevisti e subire infortuni. Inoltre, possono causare arresti frequenti del robot, compromettendo l’efficienza dell’operazione.
Misure di sicurezza: Installare recinzioni basse, barriere pedonali o barriere di tipo “awareness” per segnalare le aree in cui non è consentito l’accesso e definire chiaramente da quale lato lo spazio collaborativo debba essere utilizzato dagli operatori.
Sicurezza dei robot industriali
La sicurezza dei robot si basa principalmente su celle robotizzate chiuse, dotate di recinzioni di protezione e porte di accesso. Tuttavia, in molte applicazioni sono necessari anche sistemi di monitoraggio della sicurezza che, in alcuni casi, possono integrare o persino sostituire la tradizionale "gabbia" del robot.
Sistemi di rilevamento avanzati:
- In molte celle robotizzate, viene utilizzata una combinazione di recinzioni di sicurezza con porte di accesso, barriere fotoelettriche e scanner laser di sicurezza.
- La forma più avanzata di sistema di rilevamento è rappresentata dalle telecamere 3D, che devono essere installate ad un'altezza adeguata sopra l'area di lavoro, in modo da garantire la copertura completa di tutte le zone nelle quali una persona potrebbe muoversi.
Occorre inoltre prestare attenzione all'eventualità che una persona possa rimanere all'interno della zona pericolosa senza essere rilevata dai dispositivi di rilevamento. Se tale situazione è possibile, è necessario adottare ulteriori misure di sicurezza.
Zone di sicurezza per robot
Le recinzioni di protezione possono essere utilizzate per creare uno “spazio protetto”, ma non devono normalmente essere impiegate come “dispositivo di limitazione” per definire lo “spazio ristretto” o per fermare il movimento del robot. Qual è la differenza?
Per garantire la sicurezza, il campo di movimento di un robot deve essere limitato a un cosiddetto “spazio ristretto”. Ciò può essere ottenuto mediante “dispositivi di limitazione meccanica”. Questi dispositivi sono costituiti da robusti blocchi o perni di arresto installati sulla piastra di fissaggio del robot oppure sui giunti dei suoi assi principali.
Tuttavia, alcuni progettisti considerano erroneamente le recinzioni di protezione come dispositivi di limitazione meccanica, e questa non è una buona soluzione. Quando un robot di grandi dimensioni e/o ad alta velocità urta una recinzione di protezione, quest'ultima può oscillare e, in molti casi, deformarsi in modo permanente. Ciò può creare un pericolo per le persone che si trovano all'esterno della cella robotizzata.
La norma (EN) ISO 10218-2:2025 nella sezione 5.7.4.2 scoraggia esplicitamente questo impiego delle recinzioni di protezione come sistema di arresto del robot: “La protezione perimetrale non deve essere utilizzata come dispositivo di limitazione quando le applicazioni robotiche possono causare deformazioni pericolose della protezione.”
Le protezioni perimetrali come le recinzioni sono progettate per impedire l'accesso delle persone all'area pericolosa, non per contenere il robot.
Per limitare il movimento del robot è preferibile utilizzare:
hardware e software di controllo del movimento con funzioni di sicurezza e forniti dal produttore del robot
interruttori di fine corsa elettromeccanici o di prossimità
arresti meccanici rigidi come blocchi e perni
Recinzioni "a prova di robot": concetto o falsa convinzione?
Molte persone richiedono recinzioni "a prova di robot" oppure fanno riferimento ai risultati dei test forniti dai produttori di recinzioni, che dimostrano una resistenza agli urti pari o superiore a 2000 joule.
L’estensione del movimento di un robot, lo “spazio massimo”, dipende dalle sue dimensioni. I progettisti di sistema cercano di utilizzare il minor spazio possibile a pavimento, che è costoso. Per questo motivo, il robot viene programmato per operare in uno “spazio operativo” molto più ridotto. Attorno a questo, il progettista dell’applicazione deve definire uno “spazio ristretto” che il robot non deve oltrepassare. Questo serve a garantire che il robot disponga di spazio sufficiente per rallentare e arrestarsi.
Le recinzioni di protezione e altri dispositivi di sicurezza creano uno “spazio protetto” in cui le persone non possono entrare durante il funzionamento. Questo spazio deve essere ancora più ampio dello “spazio ristretto”. Anche in caso di guasto, il robot non deve mai oltrepassare lo “spazio protetto”.
Pertanto, un robot è racchiuso da tre “sfere” di dimensioni crescenti:
spazio operativo (A), in cui il robot svolge il suo lavoro
spazio ristretto (B), che il robot non deve essere in grado di superare
spazio protetto (D), in cui le persone non devono entrare e che il robot non deve mai raggiungere
Quanto spazio bisogna prevedere tra lo “spazio ristretto” e le recinzioni esterne di protezione? Le recinzioni a rete metallica permettono di infilare le dita. Per garantire che le persone non subiscano lesioni dal robot in caso di contatto, è necessario prevedere una distanza di sicurezza aggiuntiva (C) di almeno 120 mm all’interno della cella, tra lo “spazio ristretto” del movimento del robot e la recinzione.
Di conseguenza, le recinzioni di protezione non devono essere progettate per essere “a prova di robot”, perché non hanno lo scopo di fermare il movimento del robot. In realtà, il robot deve arrestarsi a una distanza significativa dalla recinzione, anche in caso di guasto.
Questa infografica illustra come valutare in modo critico le distanze di sicurezza per i robot industriali. Scopri perché le recinzioni di protezione sono fondamentali, come possono verificarsi gli incidenti e perché, in alcune applicazioni, le recinzioni da sole potrebbero non essere sufficienti. Approfondisci i principali aspetti da considerare per garantire la sicurezza delle persone che operano in prossimità dei robot.