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跨越围篱的人机共工 协作型机器人如何确保人类安全

人机越密切,也代表著对于安全的需求增加。Pilz

随著人机共工趋势逐渐明确,现今机器人不但要满足产线作业需求,更要能与人类近距离协同合作。死机器人已不再是处于围篱内单独作业时,走出围篱的协作型机器人除了必须思考如何与人类互动搭配才能有效提升效率外,也考验著机器人的可靠与安全性。人机越密切,也代表著对于安全的需求增加。

国际安全技术协会(NIST)将机器人安全防护措施制定区分为三个等级。等级一是使用安全阻挡装置防止侵入工作区域边界,如传统工业机器人使用的围篱或光栅。等级二则是使用压力垫感测、微波或红外线感测装置,确保工作区域内之安全防护措施,而等级三则是使用各种传感器侦测异常碰撞之紧急停止装置。

德国安全自动化技术公司皮尔磁(Pilz)表示,为确认所需要的安全等级,业者必须考量从传感器到逻辑、甚至到致动器等整体安全功能。这些因素以协调的方式互动,才能保证安全的人机协同作业(HRC)。

而传感器便是一种常见的机器人安全防护应用,常见分为可直接接触或放置于元件上,或是置放于某个侦测区域之内。为了有利于与人类接触,通常协作型机器人会强调防碰撞功能,死机器手臂的传感器侦测到与人类因直接碰撞产生力道变化时便会立即停止运行。

例如将扭力传感器安装于轴关节部位,当手臂受到外力碰撞,传感器会侦测该外力对于关节的扭转分量,判断其碰触力道的强弱而减缓手臂速度。

扭力感测的缺点其一是成本高,其次「翘翘板」原理会让同样的碰撞力道因碰撞点至轴关节距离的不同而产生误差。而另一种碰撞感测方式则是透过触觉,触觉感测的原理类似于人类经由皮肤末梢神经产生触觉,得以感知、辨识指尖所碰触到的物品。

而触觉感测对于碰撞反应的灵敏程度更趋近于人,机器手臂也能以更直觉的方式感知外在环境,因此在极细微的触碰下甚至于指尖轻点,机器人便能立即停止。

现已有厂商开发出贴片式触觉感测皮肤,有别于内置的传感器,此种置于手臂外侧的触觉皮肤易于安装与拆卸,可让传统工业机器人在毋须变更架构的条件下多了一道安全触停机制。

上述方法大多应用于死机器人跟人类近距离直接接触时的反应动作。而在美国机器人工业协会(RIA)所建立的各种标准规范中,其中一种方法则是规定制造业者需划定安全区域,透过红外线、超音波感测或影像辨识侦测人类和机器人的距离,划分等级采取减速或停止。

在安全距离的限制上,目前对于红色警戒范围的定义为,距离机器人运动范围30公分的空间,当物件与机器人距离小于此范围时便会停止动作。而黄色警戒范围的定义则是以30~50公分之间的范围为机器人降低移动速度。

在人机工作站区域监控的应用上,则是通常藉由雷射扫描仪和压力感测踏垫,当人类进入危险移动的动作半径,机器手臂便会以受控的方式煞住或停止运行。

事实上,对于机器人安全课题,制造业者不该仅仰赖于对机器人加以限制,采取被动式的安全防护,对于主观意识的安全防护也应为人类工作者应该遵守的原则。

国际标准组织(ISO)在2016年初时就曾释出针对人机协作定义ISO/TS 15066新规范,而台湾方面则是在今年修正条文,将人机协作的定义与安全规范进一步调整。未来业者若要在无围篱的情况下使用协作型机器人,则业者本身需按照职安署安全评估要点进行风险评估,确认工作者在人机共工的空间中得到充足的安全保障。

对于工厂内所有会接触到机器人的员工,业者应给予充足的机器人安全训练,他们必须了解机器人各个面向,包含对机器人系统的掌握与了解,以及机器人必要的安全需求,例如紧急停止按钮与电源的位置,训练还应包括如何协助被抓住的同事脱困等。

机器人安全培训的目的不仅止于保护人类,也能让使用者应用正确的策略执行所有工程,确保机器人以正确的方式运行,同时做到维护企业财产的目的。

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