Cobots: Functionaliteit en veiligheid
“Een cobot is flexibel”, wordt snel geroepen. Zo flexibel dat hij kan worden opgepakt en binnen een paar tellen op een andere plek kan worden gebruikt. Echt? Het is in elk geval sneller geroepen dan gedaan. Te snel over het algemeen. Net zoals iedere machine – en dus ook een cobot – moet bij elke wijziging worden bekeken of de situatie nog steeds afdoende veilig is.
Cobot (Collaborative Robot):
A cobot is a robot for direct physical interaction with a human user, within a shared workspace. [1]
Kinderspel, snelheid van inzet
Het lijkt kinderspel, een cobot is dusdanig snel in te zetten dat vergeten wordt dat het een machine betreft. Een machine vraagt vanuit veiligheid om aandacht. Die verplichting kan bekeken worden vanuit verschillende rollen. Zoals bij elke machine is er altijd een fabrikant en een eindgebruiker (de werkgever) maar in veel situaties is er ook een integrator die een ‘samenstel’ maakt van onder andere de arm, de gripper en een applicatie. Nu ligt de scheidslijn tussen integrator en eindgebruiker op een dunne lijn.
Rollen
Bij het toepassen van een cobot zijn er drie ‘rollen’ met elk hun bijbehorende eisen betrokken.
- De robot fabrikant: Diegene die de ‘cobot’ bouwt en ontwerpt;
- De system integrator: Diegene die de ‘wens’ van de ‘gebruiker’ vertaald naar een applicatieoplossing. De system integrator maakt gebruik van de cobot van de fabrikant en integreert deze in de ‘productiecel’;
- De eindgebruiker: Diegene die de applicatie (gebouwd door de integrator) uiteindelijk gaat gebruiken en hiermee gaat produceren.
De verantwoordelijkheden die bij elke rol horen staan vermeld in de onderstaande tabel. De rol van de robot fabrikant is vrij duidelijk. De rol van integrator en eindgebruiker kunnen in een dynamische omgeving snel veranderen.
Rollen: Gripper
Stel dat de cobot als gereedschap een vacuümgripper gebruikt. De gripper pakt kleine kunststof plaatjes op en plaats ze in een verpakking. Naast de cobot staat een medewerker een ander product in de verpakking te plaatsen. Snelheden en krachten zijn afgestemd (en voldoen aan de maximale snelheden / krachten voor deze applicatie).
In deze oorspronkelijke applicatie is de cobot ingekocht. De system integrator heeft deze in een productiecel geïntegreerd en geprogrammeerd. Alle documentatie is op de rit en de ‘machine’ is overgedragen aan de eindgebruiker. De system integrator heeft een risicobeoordeling uitgevoerd en de machine voorzien van een CE-markering.
Nu verandert de situatie. De cobotgripper verandert van vacuüm naar een gripper die kleine doosjes oppakt (een vingergripper) en in de verpakking plaatst. De medewerker blijft dezelfde handeling uitvoeren.
Verandering van situatie?
Het omzetten van de gripper en het programmeren is over het algemeen zo gebeurt. Dit kan binnen een paar uur volledig functioneel zijn. Wat echter wel snel wordt vergeten is dat het veranderen van de gripper een andere ’machine’ van de applicatie maakt. En wel op twee terreinen:
– In de ’enge zin’ ontstaat door het nieuwe samenstel van cobot en gripper een nieuwe machine. Formeel vraagt dat om een hernieuwing van de CE-markering.
– De gripper verandert vermoedelijk van vorm en dat brengt andere risico’s met zich mee.
Van klant naar fabrikant
Bovenstaande kan door de integrator worden uitgevoerd, maar gezien de snelheid waarmee deze handelingen omgezet kunnen worden in daden zal het in de praktijk ook voorkomen dat een eindgebruiker deze handelingen oppakt. Daarmee wordt de eindgebruiker feitelijk de systemintegrator met de bijbehorende verplichtingen. De integrator verandert van ‘eindgebruiker’ naar de fabrikant van het samenstel.
De rol van de eindgebruiker is door deze aanpassing verandert van gebruiker naar system integrator, lees de ‘fabrikant van het samenstel.’
Risico’s beoordeeld?
De vlakke vacuümgripper had door de vorm misschien niet eens de kracht om te doorboren. Maar de punten van de nieuwe gripper kunnen dat misschien wel. Bij dezelfde lage snelheid!
Dat hangt natuurlijk samen met de basis natuurkunde. Als een oppervlak groter is en de druk gelijk waarbij het niet de huid kan doorboren, kan bij diezelfde druk maar een ‘veel’ kleiner oppervlak dit misschien wel gebeuren. De druk is de kracht gedeeld door het oppervlak (P = F/A). Denk bijvoorbeeld aan een vlijmscherp mes ten opzichte van een bot mes.
Dit is buiten de administratieve handeling van de CE-markering, die natuurlijk ook van belang is, nog veel belangrijker. En op dit punt gaat het – overigens wel enigszins begrijpelijk – vaak mis.
Eenvoud bedriegt
Het lijkt zo eenvoudig, een cobot is makkelijk in de omgang, makkelijk te programmeren – soms zelfs door de arm op de juiste posities te plaatsen en het programma zo in te leren – en goed te plaatsen in een krappe omgeving. Door juist dat gemak wordt vergeten dat dit een machine is die ook kan verwonden. Juist door het directe contact met iemand die dichtbij staat kan dat contact erg grote gevolgen hebben. Vooral als de arm van de cobot zodanig is geprogrammeerd dat deze in de buurt van de nek / gezicht kan komen.
Hoe dan verder?
Het begint een beetje afgezaagd te klinken maar de basis is het uitvoeren van een risicobeoordeling (volgens de NEN-EN-ISO 12100). Dit is meer dan alleen maar de risico’s onderkennen en op een rij zetten. Dit is vooral het beoordelen van de applicatie en het mogelijke contact van de mens met de machine. Een cobot maakt dit complexer omdat er vanuit gegaan wordt dat we in de nabijheid van de cobot werken en we mogelijk ongewenst in contact kunnen komen.
Nog meer dan bij ‘gewone’ machines is het belangrijk om het proces rondom veiligheid gestructureerd aan te pakken. Volg de onderstaande stappen om een gedegen dossier op te kunnen bouwen.
- Leg het gebruik van de applicatie vast
- Zoek de juiste cobot (Lees de gebruiksaanwijzing van de cobot)
- Risicobeoordeling opstellen: Risico’s inzichtelijk maken
- Bepaal de uiterste grenzen (kracht / snelheid) van de cobot die in deze applicatie mogelijk mogelijk zijn
- Stel een Technisch Dossier op
Het proces, nader beschouwd
Het gebruik van de applicatie (1) dient omschreven en vastgelegd te worden. Wat moet er gebeuren, hoe kan dit en wat is de invloedssfeer van de bedienaar en het werkgebied van de cobot. Dit vormt een goede basis voor de grenzen van de risicobeoordeling (3).
Bedoeld gebruik
Zorg ervoor dat binnen de grenzen van de applicatie het ‘bedoeld gebruik’ en het ‘redelijkerwijs verkeerd gebruik (misbruik) worden uitgeschreven. Doordat een cobot en mens in dezelfde ruimte werkzaamheden verrichten is de kans op mogelijk contact veel groter.
Juiste cobot voor de juiste taak
Voor de applicatie (2) moet de juiste cobot gezocht worden. Van belang is daarbij dat al op dat moment wordt nagedacht over welke functies de cobot moet beschikken, zowel de robot functies, maar zeker ook de veilige functies. Controleer hiervoor de gebruiksaanwijzing van de cobot. Deze verteld wat de cobot kan.
De grenzen worden in de beoordeling opgenomen volgens de ISO 12100. Daarin komen uiteraard de risico’s (4). De risico’s dienen bekeken te worden vanuit de bediener (dit zijn onder andere):
- Waar kan er contact optreden?
- Heeft de bediener nog ruimte om mee te veren of zit hij/zij vast?
- Hoe is de gripper uitgevoerd? Scherpe punt of juist niet?
- Wat gebeurt er als de gripper de ledematen van de bediener vastpakt?
Zo zijn er nog meer scenario’s die moeten worden beschouwd. De risicobeperkende maatregelen (5), zoals het maximale bereik, de maximale krachten en snelheden, kunnen netjes onder de verschillende risico’s worden opgesomd. Van belang is om hiervoor de norm de ISO/TS 15066 te hanteren. Deze technical specification geeft aan hoe er omgegaan moet worden met de krachten en drukken op het menselijk lichaam. Zodanig dat deze binnen acceptabele grenzen blijven.
Bij het direct werken met een cobot zijn een drietal aspecten (op het gebied van veiligheid) van belang:
- Maximale kracht [F, Newton]
- Maximale druk per oppervlak [P, Newton / cm2]
- Maximale snelheid [v, mm/s]
Deze drie parameters moeten worden bepaald op basis van de gevarenzone en het mogelijke risico. Een vinger kan andere krachten en drukken aan als bijvoorbeeld een been. Per zone dient bepaald te worden wat de maximale waarden mogen zijn.
Als basisregel wordt er in eerste instantie vanuit gegaan dat de maximale kracht op dat deel van het lichaam bepaald wordt in de instelling van de cobot. Wanneer hiermee gerekend wordt als uitgangspunt kan er door middel van het oppervlak van het contactpunt (in cm2) berekend worden wat de maximale contactdruk is op dat punt.
Verantwoord
Op deze manier ontstaat er een onderbouwde en verantwoorde keuze om de cobot in te zetten. Maar even oppakken en op een nieuwe plek neerzetten? Dat is dus niet zomaar even gedaan.
Bron:
- [1] Peshkin; Cobots: Robots for collaboration with human operators; 1996
- [2] NEN-EN-ISO 10218-2 (2011): Robots en robot apparatuur – Veiligheidseisen voor industriële robots – Deel 2: Robot systemen en integratie
- [3] ISO/TS 15066 (2016): Robots and robotic devices – Collaborative robots
Laatste update: 06-01-2020