Обеспечение безопасности обслуживающего персонала в роботизированном производстве

Промышленные роботы заменяют рабочих во многих технологических процессах с тяжелыми и вредными условиями труда и, таким образом, устраняют негативное влияние производства на здоровье человека. В то же время их использование связано с возникновением новых проблем по обеспечению безопасности труда. Происходит это в первую очередь потому, что до тех пор, пока не осуществлена полная автоматизация всего технологического процесса, роботы и люди "работают вместе". Но даже при полной автоматизации гибкие автоматизированные производства нуждаются в обслуживании, частой переналадке. В связи с этим обслуживающий, персонал не может быть отделен от промышленного оборудования, в том числе и от роботов. Роботы представляют источник повышенной опасности для обслуживающего персонала. Например, скорость перемещения сварочной головки, переносимой манипулятором фирмы "Кука" (ФРГ), достигает 3,7 м/с, а максимальный вылет его руки превышает 2 м. Если такой робот испортится, это вовсе не значит, что он остановится. Может случиться, что он вместо запрограммированных начнет совершать действия, "какие ему угодно". А если такой робот может еще и перемещаться? В этих условиях становится понятным огромное значение законов робототехники Азимова.

Каким же образом обеспечивается безопасность роботизированного производства для человека?

Прежде всего необходимо, чтобы потенциальные опасности и методы обеспечения охраны труда были известны как разработчикам нового оборудования, так и тем, кто это оборудование использует. Оказывается, что именно те специфические особенности и функциональные возможности промышленных роботов, которые и делают их столь эффективным производственным оборудованием, одновременно обусловливают их потенциальную опасность для производственного персонала. Промышленные роботы имеют широкие функциональные возможности, управляются автоматически, их исполнительные органы перемещаются по сложным траекториям и с большой скоростью в трехмерном пространстве, конфигурация робототехнического оборудования может быть быстро изменена. Каждый из перечисленных факторов может быть причиной того, что производственный персонал, находящийся в непосредственной близости от роботов, не сможет заранее предусмотреть возникновение потенциально опасной ситуации.

Одним из путей обеспечения безопасности условий труда является обучение производственного персонала. Люди, работа которых связана с программированием, ремонтом промышленных роботов, контролем процесса их функционирования, должны знать не только потенциальные опасности, которые могут возникнуть при использовании роботов, но и правила, обеспечивающие безопасность работы.

Но как бы хорошо ни был подготовлен обслуживающий персонал, необходимы технические средства, обеспечивающие его безопасность. Такие системы обеспечения безопасности должны предотвращать несчастные случаи при непреднамеренном, а иногда и преднамеренном нарушении правил техники безопасности.

Роботизированное производство может находиться в одном из трех режимов: автоматическом режиме работы, режиме технического обслуживания и режиме программирования. Система безопасности должна быть эффективной во всех трех режимах. Поэтому часто применяются комбинированные системы защиты.

Рассмотрим некоторые способы обеспечения безопасности. Самое простое и, пожалуй, самое надежное средство - это защитные ограждения соответствующей высоты и прочности, исключающие попадание производственного персонала в рабочую зону манипуляторов. Однако этот традиционный способ для промышленных роботов иногда становится очень неудобным, так как при частой смене продукции робот нужно перепрограммировать. Поэтому защитные ограждения должны обеспечивать возможность доступа в огражденную зону для программирования и технического обслуживания. Для этого используются специальные пропускные устройства, блокирующие работу промышленных роботов при проходе человека. Например, открывая дверцу в защитном ограждении, наладчик нажимает ею на конечный выключатель, выключающий технологическое оборудование. Сигналы от всех таких выключателей поступают на системы управления технологическим оборудованием, которое не может включиться до тех пор, пока все дверцы не закрыты.

Применяются также специальные средства, исключающие ситуацию, при которой кто-нибудь может случайно закрыть дверь в защитном приспособлении, в то время когда оператор находится внутри рабочего пространства, оставаясь невидимым за технологическим оборудованием. Например, чтобы войти в рабочую зону, оператор должен извлечь ключ из замка в двери, и только после этого он сможет ее открыть. Затем он должен вставить этот ключ в замок специального блока-выключателя, находящегося внутри защитного ограждения.

Используются автоматические выключающие устройства, предназначенные для защиты проемов в защитных ограждениях и сигнализации о нахождении оператора на огражденном участке рабочей зоны, а также для выключения расположенного поблизости оборудования. Такими устройствами могут быть установленные в полу щиты нажимного действия, блокирующие соответствующее оборудование в то время, когда оператор находится в его рабочей зоне. Они особенно удобны для обеспечения безопасности технического обслуживания. Для подобных же целей могут использоваться и фотоэлектрические устройства, создающие "световой занавес" (аналогичные устройства применяются при входе в метро). "Световой занавес" образуется источником света и приемником. Человек, проходящий через "световой занавес", на некоторое время прерывает световой поток, поступающий от источника света к приемнику. В результате формируется сигнал, останавливающий движение промышленного робота либо ограничивающий зону его перемещения.

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала применяются системы, требующие от него выполнения жесткой последовательности действий, при нарушении которой система включает аварийный режим. Наиболее эффективны электромеханические замки, останавливающие промышленный робот при размыкании контакта между двумя компонентами станка. Применяются переключатели, работающие в трех режимах. В первом режиме робот полностью работоспособен, если подать электропитание и включить предохранительную цепь. Это основной режим работы, при котором персонал не может войти в рабочую зону робота. Во втором режиме робот останавливается в положении, которое считается безопасным. Только из этого состояния можно переключить систему в третий режим и разомкнуть цепь охраны рабочего пространства робота.

Многие роботы оснащаются дисковыми тормозами, которые предупреждают самопроизвольное перемещение рабочих органов в случае повреждения источника питания, что обеспечивает полную безопасность обслуживающего персонала, который может находиться поблизости от робота. Эффективным средством, особенно для транспортных роботов, является использование контактно-чувствительных зон в конструкции манипулятора. Подобные средства очувствления встраиваются в шарниры звеньев манипулятора и могут воспринимать наличие препятствий при выполнении запрограммированных движений.

Безопасность оператора в режиме программирования повышается при использовании режима "обучение робота", в котором все движения происходят с замедленной скоростью и при меньшей мощности привода. Используются пульты дистанционного управления с кнопкой аварийного выключения робота или ручкой, которую оператор должен сжимать, чтобы манипулятор работал.

Языки программирования высокого уровня повышают безопасность оператора в режиме программирования робота, так как они увеличивают производительность программирования, а следовательно, уменьшают время нахождения оператора в рабочей зоне.