Robot kolaboratif (cobot) dirancang untuk bekerja dengan manusia dan mendukung produksi fleksibel di pabrik Industri 4.0. Dibandingkan dengan robot industri tradisional, cobot lebih sederhana, lebih mudah diatur, dan tidak memerlukan ruang kerja yang terisolasi dengan aman. Karena dirancang untuk bekerja dengan manusia, cobot dibuat secara berbeda dari robot industri lainnya, termasuk fitur seperti sistem deteksi tabrakan, umpan balik gaya, aktuator elastis, dan motor servo inersia rendah.
Karena desainnya berbeda, standar keselamatan khusus telah dikembangkan untuk cobot. Organisasi Internasional untuk Spesifikasi Teknis Standardisasi (ISO/TS) 15066 menetapkan persyaratan keselamatan untuk cobot industri dan lingkungan kerjanya. Panduan ini melengkapi persyaratan dan panduan pengoperasian cobot dalam ISO 10218‑1 dan ISO 10218‑2.
Artikel ini mengulas secara singkat persyaratan ISO/TS 15066 dan kesesuaiannya dengan ISO 10218-1 dan 10218-2. Bab ini kemudian mempertimbangkan kompleksitas kolaborasi, termasuk bagaimana ruang kerja kolaboratif didefinisikan. Bab ini mengkaji faktor-faktor yang berkaitan dengan keselamatan robot, seperti fitur keselamatan yang terpasang pada cobot, dan fungsi keselamatan eksternal apa yang diperlukan, serta perangkat teladan seperti sensor jarak, tirai cahaya, dan alas kontak keselamatan. Bagian ini ditutup dengan tinjauan singkat beberapa aplikasi khusus untuk pertimbangan keamanan cobot.
Ada beberapa standar keselamatan utama untuk robot dan cobot industri. ISO/TS 15066 merinci persyaratan keselamatan untuk sistem cobot industri dan lingkungan kerja dan ditulis untuk mengembangkan dan melengkapi persyaratan terbatas dalam standar sebelumnya seperti seri ISO 10218. ISO 10218-1 berfokus pada robot umum dan perangkat robot, sedangkan ISO 10218-2 berfokus pada sistem robot dan integrasi. American National Standards Institute/Robotics Industry Association (ANSI/RIA) R15.06 merupakan adopsi nasional ISO 10218-1 dan ISO 10218-2.
Kompleksitas kolaborasi
Sebelum membahas detail keamanan cobot, ada baiknya untuk mendefinisikan kolaborasi. Kolaborasi dalam robotika itu rumit dan mencakup tiga faktor:
- Cobot adalah “robot yang dirancang untuk interaksi langsung dengan manusia dalam ruang kerja kolaboratif tertentu,” menurut ANSI/RIA R15.06.
- Operasi kolaboratif adalah “keadaan di mana sistem robot yang dirancang khusus dan operator bekerja dalam ruang kerja kolaboratif,” menurut ISO/TS 15066.
- Terakhir, ruang kerja kolaboratif adalah “ruang kerja di dalam ruang terlindungi tempat robot dan manusia dapat melakukan tugas secara bersamaan selama operasi produksi,” menurut ANSI/RIA R15.06.
Hal ini bermuara pada definisi ruang kerja kolaboratif “dalam ruang yang dilindungi.” Ruang yang dilindungi mencakup lapisan perlindungan keselamatan selain fungsi keselamatan standar yang disertakan dalam cobot.
Fitur pelindung umum yang diintegrasikan ke dalam cobot mencakup sistem deteksi kontak berdasarkan pengukuran torsi di setiap sambungan yang memantau dampak, penghalang, atau gaya atau torsi berlebihan yang tidak terduga. Juga harus ada sistem pengereman otomatis dan pelepasan rem manual untuk menggerakkan lengan tanpa tenaga.
Kontak tak terduga dengan orang tersebut melalui cobot merupakan kekhawatiran khusus. Standar tersebut menyatakan bahwa kontak harus dicegah di bagian mana pun di kepala seseorang. Selain itu, standar tersebut membagi tubuh menjadi 29 area spesifik dan merinci batasan untuk dua jenis kontak:
- Sementara kontak adalah peristiwa yang bergerak dan dinamis di mana cobot mengenai seseorang. Keterbatasan didasarkan pada lokasi, inersia, dan kecepatan relatif.
- Kuasi-statis kontak terjadi ketika bagian tubuh terjebak di antara cobot dan permukaan. Keterbatasan didasarkan pada tekanan dan gaya yang berhubungan dengan efek penghancuran dan penjepitan.
Spesifikasi memberikan panduan, bukan batasan absolut, berdasarkan pertimbangan penerapan. Panduan ini juga menyatakan bahwa panduan ini bersifat informatif dan mencerminkan praktik terbaik saat ini karena kolaborasi antara manusia dan robot adalah bidang baru, dan penelitian sedang berlangsung.
Kesinambungan kolaborasi
Tidak ada aplikasi kolaboratif tunggal. Manusia dan cobot dapat berinteraksi dan berkolaborasi dalam berbagai cara. Aplikasi kolaboratif berkisar dari hidup berdampingan, di mana robot berhenti di bawah kekuasaan ketika seseorang memasuki ruang kerja kolaboratif, hingga aktivitas interaktif dengan orang tersebut menyentuh cobot saat beroperasi (Gambar 1).
Penilaian risiko diperlukan untuk mengidentifikasi kebutuhan keselamatan aplikasi kolaboratif individu. Hal ini mencakup identifikasi, evaluasi, dan pengurangan bahaya dan risiko yang terkait dengan aplikasi. ISO 10218 mencakup daftar fitur keselamatan yang sesuai dalam berbagai keadaan tetapi tidak ada persyaratan pasti. ISO/TS 15066 memberikan rincian tambahan pada penilaian risiko cobot. Dalam setiap kasus, tujuan penilaian risiko adalah untuk mengidentifikasi perangkat dan sistem keselamatan eksternal yang diperlukan untuk memastikan penerapan aplikasi kolaboratif yang aman.
Untuk mengetahui lebih dalam mengenai penilaian risiko dan robot, lihat artikel “Mengintegrasikan AMR dengan Aman dan Efisien ke dalam Operasi Industri 4.0 untuk Manfaat Maksimal.”
Perlindungan dan efisiensi
Meskipun cobot dirancang untuk pengoperasian yang aman, lapisan perlindungan tambahan dapat meningkatkan efisiensi aplikasi kolaboratif. Tanpa keselamatan tambahan, ketika seseorang memasuki ruang kerja kolaboratif, ISO/TS 15066 mengamanatkan kecepatan maksimum 0.25 meter per detik (m/s) per sumbu. Bagi kebanyakan cobot, itu sangat lambat.
Misalnya, cobot LXMRL12S0000 Lexium dari Schneider Electric memiliki muatan maksimum 12 kilogram (kg), radius pengoperasian (jangkauan kerja) 1327 milimeter (mm), akurasi posisi ±0.03 mm, dan kecepatan maksimum ujung pahat. sebesar 3 meter per detik (m/s), 12 kali lebih cepat dari kecepatan maksimum yang diizinkan oleh ISO/TS 15066 ketika seseorang berada di ruang kerja kolaboratif (Gambar 2).
Dalam banyak aplikasi, cobot dapat beroperasi sendiri dalam jangka waktu lama. Jadi, merasakan ada atau tidaknya orang di ruang kerja kolaboratif dapat memungkinkan pengoperasian yang lebih cepat dan efisiensi yang lebih tinggi ketika tidak ada orang yang hadir. Perangkat umum untuk mendeteksi keberadaan orang termasuk pemindai keselamatan, tirai tipis, dan alas lantai yang dapat bersentuhan dengan pengaman. Setiap teknologi menawarkan serangkaian manfaat yang berbeda, dan sering kali digunakan dalam kombinasi.
Pemindai keamanan
Pemindai keamanan memantau area yang ditentukan untuk mendeteksi keberadaan orang. Mereka dapat menentukan seberapa jauh jarak seseorang dan menerapkan berbagai zona peringatan selain zona aman aktif.
Model Omron OS32C-SP1-4M adalah contoh bagus pemindai laser keselamatan yang dirancang untuk digunakan dengan cobot. Ia memiliki radius keamanan hingga 4 meter (m) dan dapat mendukung beberapa zona peringatan hingga 15 m. Ini mencakup 70 set standar kombinasi zona keselamatan dan zona peringatan untuk mendukung ruang kerja kolaboratif yang rumit. Selain itu, resolusi objek minimum dapat diatur ke 30, 40, 50, atau 70 mm, dan waktu respons dapat berkisar dari 80 milidetik (ms) hingga 680 ms, yang semakin meningkatkan fleksibilitas aplikasi (Gambar 3).
Tirai tipis
Tirai tipis dapat mengukur keberadaan orang dan dirancang untuk mendeteksi objek dengan berbagai ukuran, seperti jari atau tangan. Tidak seperti pemindai keselamatan, tirai tipis tidak mengukur jarak. Mereka mengirimkan serangkaian berkas cahaya antara susunan pemancar linier dan penerima dan dapat merasakan ketika suatu benda memecah satu atau lebih berkas.
Dalam hal peringkat keamanan, ada dua klasifikasi tirai cahaya utama: Tipe 2 dan Tipe 4. Tirai tersebut memiliki tampilan luar yang serupa namun dirancang untuk memberikan tingkat keamanan yang berbeda. Tipe 4 memantau ruang terlindungi yang mendefinisikan ruang kerja kolaboratif. Tirai tipis tipe 2 dirancang untuk aplikasi berisiko rendah.
Tirai tipis melindungi perimeter dan tersedia dengan beberapa tingkat resolusi, seperti 14 milimeter (mm) untuk deteksi jari dan 24 mm untuk deteksi tangan. Modelnya, SLC4P24-160P44 dari Banner Engineering, adalah kit tirai cahaya Tipe 4 dengan susunan emitor dan penerima serta memiliki resolusi 24 mm untuk melindungi manusia dan mesin seperti cobot (Gambar 4). Pemancar memiliki deretan dioda pemancar cahaya inframerah termodulasi tersinkronisasi. Penerima memiliki deretan fotodetektor tersinkronisasi yang sesuai. Penghasil emisi memiliki jangkauan 2 meter, dan tirai cahaya ini dapat dipasang dengan panjang 160 hingga 320 mm dengan kelipatan 80 mm.
Pemindai laser keselamatan dan tirai tipis menyediakan sarana non-kontak untuk meningkatkan keamanan ruang kerja kolaboratif. Namun, perangkat ini mungkin sulit digunakan di lingkungan yang sulit dilihat secara optik seperti area dengan permukaan yang sangat reflektif yang dapat menimbulkan interferensi cahaya yang tidak diinginkan, dan perangkat ini dapat tersandung karena kebocoran oli atau lemak, atau debu atau kelembapan yang berlebihan.
Beberapa sensor optik ini menyertakan penyesuaian sensitivitas yang dapat membantu mengurangi jenis interferensi tertentu. Penyesuaian sensitivitas tersebut juga dapat meningkatkan waktu respons dan gangguan kinerja lainnya. Solusi lainnya adalah dengan menggunakan alas kontak pengaman bersama dengan perangkat penginderaan optik.
Alas kontak pengaman
Alas kontak pengaman memiliki dua pelat konduktif yang dipisahkan oleh lapisan isolasi raster dan dapat digunakan sendiri atau dikombinasikan dengan jenis sensor lainnya. Jika seseorang menginjak matras, pelat konduktif atas akan tertekan dan bersentuhan dengan pelat bawah, sehingga memicu sinyal peringatan (Gambar 5). Bagian luar keset terbuat dari bahan poliuretan yang tahan licin dan tahan terhadap air, kotoran, dan minyak. Model matras SENTIR 1602-5533 dari ASO Safety Solutions dapat menghubungkan hingga 10 matras secara seri ke satu unit pemantauan untuk cakupan maksimum 10 m2.
Keamanan ada pada detailnya
Tidak ada formula tunggal yang menjamin keamanan. Setiap aplikasi kolaboratif berbeda dan perlu ditangani berdasarkan karakteristik dan kebutuhan uniknya. Faktor kuncinya adalah: di manakah letak penerapan dalam kontinum kolaborasi (lihat Gambar 1)? Semakin dekat interaksi antara cobot dan manusia, semakin diperlukan pengamanan.
Ada lebih banyak detail yang perlu dipertimbangkan. Beberapa diantaranya adalah:
- Setiap lokasi perlu menjalani penilaian risiko terperinci untuk melihat apakah cobot telah dipindahkan dari satu stasiun kerja ke stasiun kerja lainnya. Meskipun terlihat sama, variasi kecil dapat memberikan perbedaan dalam keamanan.
- Jika mesin lain berada di ruang kerja kolaboratif, apakah mesin tersebut perlu dihubungkan ke sistem pematian atau pelambatan keselamatan untuk cobot?
- Artikel ini berfokus pada perangkat keras yang berhubungan dengan keselamatan, namun untuk sistem jaringan yang semakin umum, keamanan siber merupakan pertimbangan penting untuk mencegah gangguan pada operasi cobot atau sistem keselamatan.
Kesimpulan
Keamanan Cobot itu rumit. Hal ini dimulai dengan mendefinisikan ruang kerja kolaboratif dalam ruang yang dilindungi dan memerlukan penilaian risiko dari operasi kolaboratif. Standar seperti ISO/TS 15066 dan seri ISO 10218 penting dan memberikan rekomendasi serta pedoman. Cobot mencakup fitur keselamatan dasar seperti sistem deteksi tabrakan, umpan balik gaya, aktuator elastis, dan motor servo inersia rendah. Tergantung pada spesifikasi aplikasi kolaboratif, perangkat keselamatan tambahan seperti sensor jarak, tirai tipis, dan alas kontak pengaman mungkin diperlukan.