Konstrukce a ochranná opatření průmyslových robotů a robotických zařízení

Rizika spojená s těmito nebezpečími se mohou lišit podle typu použitého robota a způsobu jeho instalace, programování, provozu a údržby.

Strojní zařízení a rozsah nebezpečí, nebezpečných situací a událostí spojených s jejich používáním, se zabývá ISO 10218. Tato norma poskytuje návod pro zajištění bezpečnosti při návrhu a konstrukci robota. Protože bezpečnost při použití průmyslových robotů je ovlivňována konstrukcí a aplikací konkrétní integrace systému robota.
Robot musí být konstruován v souladu s principy ISO 12100 pro relevantní nebezpečí a tak, aby splňovaly požadavky uvedené v čl. 5.2 až 5.15 normy ČSN EN ISO 10218-1. Významná nebezpečí, jako jsou ostré hrany, nejsou pojednána v tomto článku.

Součásti přenosu síly
Vystavení nebezpečí způsobeném součástmi jako hřídele motoru, ozubenými koly, pohonnými řemeny nebo připojeními, které nejsou chráněny integrálními kryty (např. krytem umístěným přes převodovku) musí být zamezeno buď pevnými nebo pohyblivými ochrannými kryty. Upevňovací systémy pevných krytů, které jsou určeny pro odnímání za účelem běžných servisních akcí, musí zůstat připojeny ke stroji nebo ke krytu. Pohyblivé ochranné kryty musí být blokovány s nebezpečnými pohyby takovým způsobem, aby se nebezpečné pohyby zastavily před tím, než mohou způsobit nebezpečí.

Ztráta nebo změna energie
Ztráta nebo kolísání dodávky energie nesmí způsobit nebezpečí. Znovuobnovení dodávky energie nesmí způsobit jakýkoliv pohyb. Roboty musí být navrženy a konstruovány tak, aby ztráta nebo změna v dodávce elektrické, hydraulické, pneumatické energie nebo energie vakua nemohla způsobit nebezpečí. Pokud existující nebezpečí není chráněno konstrukcí, pak musí být k dispozici další metody bezpečnostní ochrany pro ochranu vůči nebezpečí. Nebezpečí, která nejsou chráněna při předpokládaném použití, musí být identifikována v návodu pro použití.

Selhání součásti
Součásti robota musí být navrženy, konstruovány a zajištěny nebo obsaženy tak, aby byla minimalizována nebezpečí způsobená zlomením nebo ztrátou, nebo uvolněním uchované energie.

Zdroje energie
Musí být zajištěny prostředky pro izolaci jakéhokoliv zdroje nebezpečné energie k robotu. Tyto prostředky musí být poskytnuty s možností uzamčení nebo zajištění jiným způsobem v pozici bez dodávky energie.

Uchovaná energie
Musí být poskytnuty prostředky pro ovládané uvolnění uchované nebezpečné energie. Pro identifikaci nebezpečí z uchované energie musí být připojen štítek. Uchovaná energie se může objevit ve vzduchu a hydraulických tlakových akumulátorech, kondenzátorech, bateriích, pružinách, protizávažích, setrvačnících, atd.

Elektromagnetická kompatibilita (EMC)
Konstrukce musí zamezit nebezpečným pohybům nebo situacím vlivem očekávaných jevů elektromagnetického rušení, rušení radiovými vlnami a elektrostatickým výbojem.

Elektrická zařízení
Elektrické zařízení robota musí být navrženo a konstruováno podle příslušných požadavků IEC 60204-1.

Vlastnosti bezpečnostního ovládacího systému

Vlastnosti bezpečnostního ovládacího systému robota a jakékoliv další zařízení musí být jasně uvedena v informaci pro použití. Bezpečnostní ovládací systémy mohou být také nazvány SRP/CS (bezpečnostní části ovládacích systémů).
Pro účely normy ISO 10218 jsou vlastnosti bezpečnostního ovládacího systému uvedeny jako:

• Úrovně vlastností (PL) a kategorie popsané v normě ISO 13849-1:2006, čl. 4.5.1;
• Úrovně integrity bezpečnosti (SIL) a požadavky na toleranci chybovosti hardwaru, jak jsou popsány v IEC 62061:2005, čl. 5.2.4.

Tyto dvě normy nabízejí funkční bezpečnost použitím podobných, ale odlišných metod. Požadavky v těchto normách mohou být použity pro příslušné bezpečnostní ovládací systémy, pro které jsou určeny. Konstruktér může zvolit použití buď jedné nebo obou norem. Data a kritéria nezbytná pro stanovení vlastností bezpečnostního ovládacího systému musí být zahrnuta v informaci pro použití.
Mohou být také použity ostatní normy nabízející alternativní požadavky vlastností, jako termín „spolehlivost ovládání" použité v Severní Americe. Když se používají tyto alternativní normy pro konstrukci bezpečnostních ovládacích systémů, pak musí být dosažena stejná úroveň omezení rizika.
Jakákoliv porucha bezpečnostního ovládacího systému musí vyústit v zastavení kategorie 0 nebo 1 v souladu s IEC 60204-1.

Požadavky na vlastnosti
Bezpečnostní části ovládacích systémů, musí být navrženy tak, aby splnily PL=d se strukturou kategorie 3, jak je popsáno v ISO 13849-1:2006, nebo tak, aby splnily SIL 2 s tolerancí závady hardwaru rovnající se 1 se zkušebním intervalem ne menším než 20 let, jak je popsáno v IEC 62061:2005. To znamená zvláště:

• a) jednotlivá závada kterékoliv části nesmí vést ke ztrátě bezpečnostní funkce;
• b) kdekoliv je to rozumně proveditelné, jednotlivá závada musí být detekována u nebo před příštím požadavkem na bezpečnostní funkci;
• c) když se objeví jednotlivá závada, bezpečnostní funkce je vždy vykonána a bezpečný stav musí být udržován, až dokud není detekovaná závada opravena; a
• d) všechny rozumně předvídatelné závady musí být detekovány.

Požadavky a) až d) jsou považovány za ekvivalentní ke struktuře kategorie 3, jak je popsáno v normě ISO 13849-1:2006.

Další kritéria funkcí ovládacího systému
Výsledky úplného posouzení rizika provedené na robotu a jeho zamýšlené aplikace mohou určit, že vlastnosti bezpečnostního ovládacího systému jiné, než ty uvedené výše, jsou pro danou aplikaci garantovány.
Výběr jednoho z těchto bezpečnostních kritérií vlastnosti musí být specificky identifikován a příslušná omezení a varování musí být zahrnuta do informace pro použití.

Ovládače spuštění

Ovládače spuštění, které iniciují energii nebo pohyb musí být navrženy a konstruovány tak, aby splňovaly následující kritéria:
• Ochrana před nechtěnou operací: Musí být konstruovány nebo umístěny tak, aby zamezily nechtěné operaci. Např. může být použito zakrytované tlačítko nebo vhodně umístěný uzamykatelný volič.
• Indikace stavu: Stav musí být indikován, např. je-li napájení zapnuto, detekována porucha, automatický provoz. Pokud je použit světelný indikátor, musí být vhodně umístěn a jeho barva musí splňovat požadavky IEC 60204-1.
• Štítkování: Ovládače spuštění musí být označeny jasně k indikaci svých funkcí.
• Jediný bod ovládání: Ovládací systém musí být konstruován tak, aby když je robot umístěn pod místním ručním ovládacím panelem nebo jiným ručním programovacím ovládacím zařízením, pak musí být zamezeno iniciaci pohybu robota, nebo změně volby místního ovládače
z jakéhokoliv jiného zdroje.

Funkce zastavení robota

Každý robot musí mít funkci ochranného zastavení a nezávislou funkci nouzového zastavení. Tyto funkce musí být opatřeny zařízením pro připojení externích ochranných zařízení. Dále může být zajištěn výstupní signál nouzového zastavení. Tab. 1 podává srovnání nouzového zastavení a funkcí ochranného zastavení.

Nouzové zastavení
Robot musí mít jednu nebo více funkcí nouzového zastavení (zastavení kategorie 0 nebo 1, v souladu s IEC 60204-1).
Každá ovládací stanice schopná iniciace pohybu robota nebo dalších nebezpečných situací musí mít ručně iniciovanou funkci nouzového zastavení, která:

• a) splní požadavky ovládacího systému a normy IEC 60204-1;
• b) má přednost před všemi jinými ovládači robota;
• c) způsobí zastavení při všech nebezpečích;
• d) odpojí energii od ovládačů robota;
• e) poskytne schopnost ovládání nebezpečí ovládáním systému robota;
• f) zůstává aktivní, dokud není funkce znovu spuštěna; a
• g) musí být znovu spuštěna pouze ruční aktivací, která nezpůsobí opětovné spuštění po resetování, ale musí pouze povolit opětovné spuštění.

Výběr zastavení funkce kategorie 0 nebo kategorie 1 (v souladu s IEC 60204-1) funkce musí být určena posouzením rizika.
Pokud je vydán výstupní signál nouzového zastavení:

• výstup musí být funkční, když je energie k robotu vypnuta, nebo
• pokud není výstup funkční, když je napájení robota vypnuto, pak musí být generován signál nouzového zastavení.

Ochranné zastavení
Robot musí mít jednu nebo více funkcí ochranného zastavení navrženou pro připojení vnějších ochranných zařízení. Tato funkce zastavení musí způsobit zastavení všech pohybů robota, odpojit nebo ovládat napájení energií pohonu ovládačů robota a dovolit ovládání jakéhokoliv jiného nebezpečí, způsobeného robotem. Toto zastavení může být iniciováno ručně, nebo ovládací logikou.
Nejméně jedna funkce ochranného zastavení musí být zastavení kategorie 0 nebo 1, jak je popsáno v normě IEC 60204-1. Robot může mít přídavnou funkci ochranného zastavení kategorie 2, jak je popsáno v IEC 60204-1, která nezpůsobí odpojení od zdrojů energie, ale bude vyžadovat monitorování klidového stavu poté, co se robot zastaví. Jakékoliv nechtěné pohyby robota v monitorovaném klidovém stavu nebo detekovaná porucha funkce ochranného zastavení musí vyústit v zastavení kategorie 0 v souladu s normou IEC 60204-1. Monitorované vlastnosti klidové funkce musí být v souladu s vlastnosti bezpečnostního ovládacího systému. Tato funkce může být také iniciována z externích zařízení (vstupní signál zastavení z ochranných zařízení).
Výrobce musí zahrnout kategorii zastavení každého obvodu ochranného zastavení do návodu k použití.

Ovládání rychlosti

Rychlost upínací příruby koncového efektoru a nástrojového středu (TCP) musí být ovládatelný volitelnými rychlostmi. Pro umožnění ovládání rychlosti TCP musí být poskytnut prvek vyrovnávání (stanovující polohu TCP vzhledem k upínací přírubě).

Ovládání provozu sníženou rychlostí
Pokud je robot provozován a ovládán při snížené rychlosti, pak rychlost TCP nesmí přesáhnout 250 mm/s. Mělo by být možné navolit rychlost nižší než 250 mm/s jako určenou hranici.

Ovládání bezpečné snížené rychlosti
Pokud je realizované, pak ovládání bezpečné snížené rychlosti musí být navrženo a konstruováno tak, aby v případě jakéhokoliv selhání, rychlost TCP nepřesáhla rychlostní mez příslušející snížené rychlosti
a byl vydán příkaz k ochrannému zastavení v případě výskytu závady.

Monitorovaná bezpečnostní rychlost
Pokud je umožněna rychlost TCP nebo osy, musí být monitorována. Pokud rychlost převýší navolenou mez, musí být vydán příkaz ochranného zastavení.