Sicurezza nella robotica collaborativa

Siamo nell’ultima settimana prima della chiusura estiva di Alumotion, e per concludere degnamente il periodo lavorativo abbiamo organizzato un corso dedicato alla sicurezza nell’ambito della robotica collaborativa.
Integratori e tecnici di diverse aziende, oltre ai membri del nostro team, hanno potuto affinare la conoscenza di questa materia in continua evoluzione attraverso il seminario ‘SAFETY nella robotica collaborativa – riferimenti normativi e gestione dell’analisi rischi’ tenuto dall’ingegnere Federico Vicentini, a capo dell’unità Robot Safety and human-robot interaction presso l’Institute of Industrial Technologies and Automation, e Paolo Bassetti, Technical Support Engineer di Universal Robots.

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Durante la giornata sono stati esplorati diversi argomenti, scendendo anche in dettagli tecnici, e in questo articolo cercheremo di riassumervi i punti salienti in materia di sicurezza ‘collaborativa’.

Normativa della robotica collaborativa

Come prima cosa, durante la mattinata, Federico Vicentini ci ha consigliato delle ‘letture per l’estate’, fondamentali per comprendere al meglio la normativa vigente nel settore della robotica collaborativa:

- ISO 12100 contenente la normativa generale per la valutazione del rischio con dei macchinari;
- ISO 10218-2 con la specifica per le applicazioni robotizzate;
- TR14121 per l’analisi del rischio;
- TS 15066 contente le direttive da seguire per effettuare una diminuzione dei rischi;
- 13849-1 normativa sulla sicurezza funzionale che stabilisce i requisiti di sicurezza ed una guida ai principi per la progettazione e l’integrazione delle parti dei sistemi di comando che svolgono funzioni di sicurezza (SRP/CS).

Lasciati questi riferimenti, uno degli aspetti che ha voluto rimarcare più volte è stato il concetto secondo cui, nel campo della normativa sulla sicurezza, non bisogna parlare di ‘robot collaborativi’, bensì di ‘applicazioni collaborative’.
Questo perché l’analisi del rischio deve essere effettuata sempre a monte, dalla fase di progettazione, tenendo conto del fatto che ogni applicazione è diversa e a sé stante, con caratteristiche proprie che rendono inefficace un’analisi generica di tutti i robot in tutti i contesti lavorativi.

Risk Assessment

Per una corretta analisi del rischio vanno quindi seguite le normative soprariportate, in particolare la 10218-2, analizzando ogni fase del ciclo di lavoro, il livello di interazione robot-operatori e il tipo di ambiente lavorativo.
La TS 15066 specifica inoltre due macro tipologie di rischio da analizzare: contatti e accesso nello spazio lavorativo.

Una prima nota da evidenziare a questo proposito è che con i robot tradizionali non si può propriamente parlare di ‘contatto’, in quanto peso, velocità e rigidezza non fermano il robot. Per quanto riguarda il contatto con un robot collaborativo, caratterizzato da maggior leggerezza e minor rigidità, bisogna tenere invece conto sia della prima fase di impatto che di quella successiva allo stesso. Con i cobot infatti l’interazione fisica con un operatore genera due tipologie di contatto:
- transitorio: di breve durata, i due corpi di separano dopo l’impatto. I fattori determinanti sono la velocità e l’inerzia, e il controllo di sicurezza del robot non si attiva;
- quasi statico: di durata più estesa, pertanto i fattori determinanti in questo caso sono la forza, la forma del tool e la zona di contatto con l’operatore.

In base alle condizioni di contatto, possono esserci dolore o lesioni, ma nel caso di un’applicazione collaborativa non si arriverà mai alle lesioni. Un impatto accidentale può portare solo al dolore.
In ogni caso vanno stabilite delle misure di prevenzione dei rischi legati al contatto con il robot (salvo ovviamente che siano un tipo di contatto ammesso). L’obiettivo da raggiungere è un trasferimento minimo di energia dal sistema robotizzato alla persona, facendo in modo che non solo ci sia assenza di danno ma che anche la percezione del dolore sia ridotta al minimo. Dei sistemi per ridurre questo tipo di rischio sono la riduzione della velocità e della forza, la riduzione delle masse in movimento (cioè il peso del robot), l’adozione di forme arrotondate o morbide, l’utilizzo di sistemi di controllo forza/coppia (un’utile aggiunta alla e-Series di Universal Robots).

Il numero di variabili legate alla possibilità di contatto è elevato e dipende dalla zona del corpo che può essere colpita, dal tipo di tool utilizzato, dalla velocità e dalla forza del movimento etc. Per questa ragione è necessario effettuare con un’analisi approfondita caso su caso, controllando le condizioni di interazione tra operatore e robot.

Diventano perciò di fondamentale importanza gli studi dedicati ai rischi di contatto tra operatore e robot, attualmente in fase di realizzazione in diversi paesi. Ad essere particolarmente attivo nella ricerca nell’ambito della sicurezza nella cooperazione tra uomo e robot è l’Istituto Fraunhofer in Germania.

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Qui è stato sviluppato un particolare test che si avvale dell’utilizzo di un pendolo, approvato da una commissione etica ad hoc. Questo strumento permette per la prima volta di effettuare delle collisioni con soggetti umani, per determinare il carico massimo sostenibile: in stretta collaborazione con i fisici dell’Ospedale Universitario Otto von Guericke, aree selezionate del corpo umano vengono colpite sistematicamente con variazioni di energia. La massa del pendolo, la velocità di collisione e la geometria dell’oggetto impattante subiscono variazioni durante i diversi test con i soggetti umani. Ogni test si conclude nel momento in cui un carico viene classificato come leggermente, moderatamente o fortemente doloroso.

I carichi massimi di forza, pressione o impatto energetico verificati durante i test con i soggetti possono essere utilizzati successivamente per definire dei limiti specifici. Perciò il Fraunhofer IFF sta contribuendo in maniera significativa ad una definizione di carichi massimi verificati, a futuro beneficio di tutti coloro che realizzeranno applicazioni collaborative tra uomo e robot, e le scoperte saranno incluse negli standard internazionali relativi alla materia.

Durante la giornata con Federico Vicentini abbiamo visto esempi di applicazioni, commentato eventuali errori e modifiche da effettuare, e partecipato attivamente alla strutturazione di un documento di analisi del rischio.
Consapevoli dell’importanza della sicurezza nel settore della robotica collaborativa, speriamo che questa giornata abbia contribuito a gettare più luce sull’argomento, tanto per i partecipanti quanto per i nostri lettori.

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