Subhoofdstuk 3.9
Robotveiligheid
We hebben de meest essentiële informatie over veiligheidsconcepten voor uw robottoepassing samengevat. Leer hoe u toegang tot gevaren kunt voorkomen, de robotbeweging kunt beperken en een veilige interactie tussen mens en robot kunt waarborgen. Ontdek het belang van veiligheidshekken, geavanceerde detectiesystemen en het belang van het plannen van samenwerkingswerkplekken.
Normen en essentiële regels voor robotveiligheid
Roboters zijn ongelooflijk veelzijdig en bieden economische automatiseringsoplossingen. Echter, ze kunnen ook behoorlijk gevaarlijk zijn.
Grote, snelle robots kunnen zeer ernstig letsel veroorzaken door beknelling en botsingen. Daarom is de veiligheid van robots internationaal gestandaardiseerd in (EN) ISO 10218-1 en -2 en 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 worden enkele essentiële veiligheidsregels weergegeven.
Robotveiligheid is gebaseerd op drie elementen:
- Voorkom toegang door mensen.
- Beperk de bewegingen van de robot.
- Zorg dat fysiek contact veilig is.
HHet 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"?
Sinds enkele jaren heerst er in de sector veel enthousiasme rond ‘cobots’, een afkorting van ‘collaborative robot’. Interessant genoeg is de term nooit door robotfabrikanten omarmd en is hij ook nooit in veiligheidsnormen 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 dergelijke robots bestaan in de praktijk niet.
Om deze misvatting tegen te gaan, spreken de gloednieuwe versies van de internationale robotveiligheidsnormen (EN) ISO 10218-1 en -2 van ‘collaboratieve toepassing’, waarmee wordt aangetoond dat er meer bij komt kijken dan alleen een speciaal type robot. De normen introduceren ook een classificatiesysteem voor robots en gedetailleerde eisen voor risicobeoordeling en veiligheidsmaatregelen die bij collaboratieve toepassingen moeten worden genomen.
In een collaboratieve toepassing kan een robot rechtstreeks met operators interageren. Dit kan fysiek contact inhouden waarbij de robot de operator zou kunnen beknellen, duwen of raken. Om ervoor te zorgen dat dit niet tot letsel leidt, moeten de bewegingssnelheid en de 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 van de robotarm, de werkstukken en het type interactie worden geanalyseerd om een werkelijk veilige toepassing te creëren.
Robotklassen
Industriële robots zijn ingedeeld in twee groepen, klasse I en II. Klasse I industriële robots hebben een laag payload, bewegen relatief langzaam en oefenen slechts weinig kracht uit in het 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. Indien zij dat doen, moeten de veiligheidsfuncties van hun 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. “Transiente” en “quasi-statische contact” kunnen pijn veroorzaken maar geen letsel aan operators.
Maar kracht en snelheid zijn niet de enige factoren die het risico bepalen. De “end effector” of eindgereedschap speelt een vitale rol. Het kan puntig, scherp of heet zijn. Applicators kunnen giftige materialen sprayen, aanbrengen of injecteren.
Veiligheid in collaboratieve werkruimtes
Wanneer een menselijke operator en een robot een samenwerkende werkruimte 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 komen zowel niet-samenwerkende als samenwerkende bewerkingen voor. Gedurende een deel van het proces werkt de robot zelfstandig met een 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 – Voor het trainen van robots wordt vaak handgeleide besturing gebruikt. De bewegende onderdelen van de robot staan onder spanning, maar kunnen handmatig naar de gewenste locaties worden verplaatst – bijvoorbeeld een pick-and-place-station. Het besturingssysteem van de robot voorkomt gevaarlijke „verrassingsbewegingen“.
SSM – Snelheids- en afstandsbewaking maakt gebruik van sensoren die detecteren wanneer een persoon een samenwerkingsruimte betreedt of verlaat. De robot zal tijdig vertragen en/of stoppen. Nadat de persoon is vertrokken of zich op een veilige afstand van de bewegende onderdelen bevindt, zet de robot zijn werkzaamheden voort.
PFL – De druk en kracht bij mogelijk contact kunnen worden beperkt. Dit wordt bereikt door ofwel een inherent ‘zwakke’ en langzame klasse I-robot, ofwel door elektronische veiligheidsfuncties.
Waarom collaboratieve werkruimten misschien omheining of barrières nodig hebben
Systeemontwerpers stellen vaak een collaboratieve robottoepassing voor die geen grenzen heeft en "hekkenloos" is. Echter, veiligheidsnormen vereisen dat er duidelijke grenzen worden vastgesteld voor de collaboratieve werking van robots.
Hekken of barrières kunnen helpen om een “beveiligde ruimte” te definiëren zonder samenwerking te belemmeren.
Een bewakingshek of voetgangersbarrière kan voorkomen dat mensen de collaboratieve werkruimte van de verkeerde kant binnenlopen. Het kan ook een collaboratieve werkruimte scheiden van looproutes of doorgangen voor voertuigen.
Een lage “bewustzijnsbarrière” kan mensen waarschuwen dat ze een potentieel gevaarlijk gebied binnenkomen.
Beide kunnen de efficiëntie van de operatie verbeteren, omdat de robot minder vaak zal moeten stoppen omdat mensen te dichtbij komen.
Risico-evaluatie van samenwerkende robottoepassingen
Zelfs als er een langzaam, laagvermogen robot wordt gebruikt in een samenwerking omgeving, kunnen de taken en operaties risico's met zich meebrengen. Risicobeoordeling is verplicht volgens de toepasselijke veiligheidsnormen.
Volg deze stappen bij het beoordelen van de risico's van een collaboratieve robottoepassing:
Stap 1 – Bepaal de werkobjecten
Stap 2 – Selecteer de eindarmgereedschappen
Stap 3 – Bepaal de stationaire apparatuur en andere machines die nodig zijn
Stap 4 – Bepaal de werkoperaties van zowel de robot als de operator(en)
Stap 5 – Ontdek hoeveel ruimte nodig is en hoeveel beschikbaar is
Stap 6 – Zoek naar de gevaren
Volg niet de standaardaanpak van onmiddellijk zoeken naar gevaren. Het risico in collaboratieve toepassingen is een complexe combinatie van bewegende machineonderdelen en de onvoorspelbare acties van mensen. Overweeg typische gedragingen zoals reflexen, verrassingsbewegingen, afleiding, foute inschattingen van situaties, en opzettelijke afwijkingen van instructies.
Drie veiligheidsmaximes moeten in elk geval worden gevolgd:
Vertrouw niet (uitsluitend) op het lage gewicht, de kracht en de snelheid van de robot.
Voorkom zoveel mogelijk zowel opzettelijk als onvrijwillig contact tussen de robot en operators.
Voorkom dat een robot wordt verplaatst op een hoogte waarbij grijpers en andere eindarmgereedschappen dicht bij het hoofd of gezicht van operators komen.
Voor een gedetailleerde beschrijving van risicobeoordeling voor collaboratieve robottoepassingen, zie (EN) ISO 10218-2:2025 secties 4.3 en 5.14.
Robotics pickingtoepassingen
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 recent worden kleinere robots gebruikt in samenwerkende picking- en plaatsingsapplicaties in een “goederen-naar-persoon” ordercommissieschema. Deze robots kunnen direct interactie hebben met mensen omdat ze met lage snelheid en kracht bewegen.
Risico's van robotbestellingen en veiligheidsmaatregelen die werken:
Robots die interfacing hebben met transportsystemen en verpakkingsstations kunnen verpletterings- en snijgevaar veroorzaken. Sommige robotgereedschappen kunnen gevaarlijk zijn.
Veiligheidsmaatregelen: Hoewel het risico op letsel laag is, wilt u misschien lage beveiligingshekken installeren om mensen uit dergelijke gevaarslocaties te houden.Mensen die onnodig een “samenwerkende ruimte” binnenlopen, kunnen gewond raken door een onverwachte beweging. Ze kunnen ook ervoor zorgen dat de robot vaak stopt, waardoor de efficiëntie van de werking wordt verstoord.
Veiligheidsmaatregelen: Installeer lage hekken, voetgangersbarrières of lagere “bewustzijns” barrières om mensen te waarschuwen voor gebieden die ze niet mogen betreden en bepaal van welke kant de samenwerkende ruimte door werknemers moet worden betreden.
Veiligheid van industriële robots
Robotveiligheid hangt grotendeels af van gesloten "cellen" met omheiningen en toegangsduren. Maar in veel toepassingen zijn bewakingssystemen aanvullend nodig of kunnen ze zelfs de robot "kooi" vervangen.
Geavanceerde detectiesystemen:
- In vele robotcellen wordt een combinatie van veiligheidshekken met deuren, lichtbarrières en bereikscanners 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" waar personen zich kunnen verplaatsen.
Let op personen die binnen de gevaarlijke zone achter de detectieapparaten blijven. Als dat mogelijk is, zijn er mogelijk aanvullende veiligheidsmaatregelen nodig.
Veilige zones voor robots
Bewakingshekken kunnen worden gebruikt om een “beschermde ruimte” te creëren, maar ze mogen doorgaans niet worden gebruikt als een “beperkingsapparaat” dat de “beperkte ruimte” definieert of om de robotbeweging te stoppen. Wat is het verschil?
Om de veiligheid te waarborgen, moet het bewegingsbereik van een robot worden beperkt tot een zogenaamde "beperkte ruimte”. Dit kan worden bereikt door middel van "mechanische begrenzingsinrichtingen”. Mechanische begrenzingsinrichtingen zijn massieve blokken of pennen die op de montageplaat van de robot of bij de gewrichten van de hoofdas zijn aangebracht.
Sommige ontwerpers beschouwen echter veiligheidshekken als een „mechanische begrenzingsinrichting”. Dat is geen goed idee. Wanneer een grote en/of snelle robot tegen een veiligheidshek botst, zal het hek heen en weer slingeren en in veel gevallen blijvend vervormd raken. Dit kan gevaar opleveren voor personen buiten de robotcel.
(EN) ISO 10218-2:2025 raadt in paragraaf 5.7.4.2 dit gebruik van veiligheidshekken als "robotvanger“ ten zeerste af: “De omheining mag niet worden gebruikt als begrenzingsinrichting wanneer robottoepassingen gevaarlijke vervormingen van de omheining kunnen veroorzaken.”
Omheiningen zoals hekken zijn bedoeld om mensen buiten te houden, niet om de robot binnen te houden.
Om de bewegingen van de robot te beperken, kunt u beter gebruikmaken van:
voor veiligheid gecertificeerde bewegingsbesturingshardware en -software die door de robotfabrikant wordt aangeboden
elektromechanische of naderingsschakelaars
stevige harde aanslagen die door de robotfabrikant worden aangeboden (blokken en pennen)
“Robotveilige” hekken – concept of misverstand?
Veel mensen vragen om "robotveilige" omheiningen of wijzen op testresultaten van omheiningsfabrikanten die een impactweerstand van 2000 joules of meer tonen.
Het 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.
Veiligheidshekken en andere beveiligingsvoorzieningen vormen 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 omvang:
werkruimte (A), waar de robot werkt
beperkte ruimte (B) waar de robot niet verder dan mag bewegen
beschermde ruimte (D) waar mensen niet binnen mogen 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 binnen de cel een extra veiligheidsafstand (C) van ten minste 120 mm nodig tussen de ‘beperkte ruimte’ van de robotbeweging en de afscherming.
De afscherming hoeft dus niet ‘robotveilig’ te zijn ontworpen, omdat deze niet bedoeld is om de beweging van de robot tegen te houden. De robot moet zelfs op ruime afstand van de afscherming stoppen, ook als er storingen optreden.
Deze infographic illustreert hoe je kritisch kunt nadenken over veiligheidsafstanden voor industriële robots. Leer waarom veiligheidshekken belangrijk zijn, hoe ongelukken gebeuren en wanneer hekken misschien niet de enige oplossing zijn. Ontdek de belangrijke overwegingen om mensen veilig te houden rond robots.