産業用ロボット使用時の安全確保

産業用ロボットの危険性は増大します。ロボットの動作により人が死亡した最初の事例が日本の工場で登録された。作業エリアにいたサービス技術者は、ロボットをオフにしてルーターのトラブルシューティングを行い、ロボットを機械に接続しました。マニピュレータは約1m/秒の速度で移動し、レギュレータを押しつぶしました。

平均すると、産業用ロボット 100 台あたり年間 1 件の事故が発生します。ロボット技術複合体の 14 日間の稼働中に、約 3 件の外傷的な状況が発生します。

ロボットの作業中に負傷する主な原因は次のとおりです。

• ロボットの訓練および作業の過程における予期せぬ動作。
• ロボットの修理とセットアップにおけるエラー。
• ロボットの自動操作中に作業領域にオペレータが存在すること。
• ロボットの作業領域にコントロールパネルを配置します。
• 保護装置の誤動作またはシャットダウン。

怪我のほとんどは、制御装置の誤動作やプログラミングエラーによって引き起こされます。

アメリカの SF 作家アイザック アシモフは、短編小説「The Tramp」(1942 年) の中で、ロボット工学の安全性に関する 3 つの法則を定式化しました。

• ロボットは、その行動または不作為によって人に危害を加えてはなりません。
• ロボットは、その命令が第一法則に矛盾する場合を除き、人間から与えられた命令に従わなければなりません。
• ロボットは、第一法則と第二法則に反しない限り、安全性を確保しなければなりません。

オペレータとロボットとの直接接触には、ロボットのプログラミング (ティーチング) および操作中に発生する可能性がある 3 つの可能性があります。ロボットとの直接作業、およびロボットの修理とメンテナンスです。

安全を確保する主な手段は、ロボットの作業エリア内の一点に人間とロボットの可動部品が同時に現れることを防ぐことです。保護装置は、人がいる作業エリアのエリアでロボット要素の動きを停止しなければなりません。突然電源が切れると、ロボットのリンクの動きが停止するはずです。

作業領域とは、マニピュレータやロボットの作業本体が配置される空間のことです。それは、リンクの寸法、その動き、マニピュレーターの運動学的スキームによって異なります。作業領域はマニピュレータの説明で設定されます。

ほとんどの場合、次の 3 つのレベルの保護ゾーンが定義されます。

• ロボットステーションの作業エリアの境界における従業員の存在の検出;
• ステーションの外側およびロボットの移動範囲内で人の存在を検出する。
• ロボットに直接接触したり、ロボットの手に近づいたりすることはありません。

吊り下げられたロボットの経路には、搬送物の突然の落下から人や機器を保護するためのネットを設置する必要があります。プログラム実行監視デバイスは、作業領域内の特定のポイントでのロボット リンクの発生を制御します。これらは、リンクがポイントを通過するときにトリガーされるパス スイッチである場合があります。

ロボットと環境の相互作用を制御するデバイスは、リンクの 1 つが障害物に接触した場合など、移動に対する抵抗が増加した場合にリンクの駆動をオフにします。荷重の測定にはトルクセンサーや触覚センサーが使用されます。

作業エリアのフェンスは、メッシュフェンスと光バリアの助けを借りて実行されます。メッシュフェンスは、作業エリアへの人の立ち入りを防ぐために最もよく使用されます。

ただし、ロボットがいるエリアを完全に柵で囲うことが常に可能であるとは限りません。たとえば、受け取りコンベヤー、つまりフェンスで囲まれていない表面が使用されている場合、許可されていない人はそこを通って作業エリアに入ることができます。そのような領域は、光学（光）バリアによって保護されています。

ライトバリアは発光器の台と受光器の台であり、各受光器が対応する発光器からの光を受光することでロボット複合体が動作する。発光体マウントと光検出器マウントの間に物体が存在すると、光ビームが交差し、装置がシャットダウンします。

いくつかの光バリアがロボット複合体の四方を囲むために使用されます。

作業エリアを光バリアで囲う: 1 — 技術機器、2 — ロボット、3 — 発光体、4 — 光検出器

作業エリアの入り口は電気錠と自動施錠・解錠システムにより安全に管理されています。このようにして、ロボットが無効になった場合にのみシャッターが解放され、作業エリアに安全ボタンを追加することで、権限のない人によるロボットの制御不能な起動から人を保護することができます。

セキュリティ システムは通常、警告灯やサイレンの使用によって補完され、ロボット自体とその可動部品は明るい色になっています。

追加の保護は、ロボットの作業エリア内の人の存在を検出するデバイスの使用です。

現在、さまざまな人物存在検出システムが使用されています。たとえば、マイクロ波放射の検出 (ドップラー効果を使用)、パッシブおよびアクティブ赤外線放射の検出、ビジョン システム、静電容量の変化、圧力、超音波の使用などが考えられます。

産業用ロボットを使用する際の安全を確保するために、職場では作業の階層が使用され、したがって異なる責任が課されます。すべての活動には適切なトレーニングが必要です。オペレーター、プログラマー、メンテナンス エンジニアという 3 種類の従業員がロボットを操作するよう委任されており、それぞれに異なるタスクと権限が与えられています。

オペレータは、オペレータパネルからロボットコントローラの電源のON/OFFやロボットの起動を行うことができます。ロボットの作業エリアへの立ち入りは固く禁止されています。このアクティビティは、適切なトレーニングを受けたプログラマーおよびサービス エンジニアを対象としています。さらに、プログラマーとエンジニアは、ロボットの管理とプログラミング、コミッショニングとメンテナンスを担当します。