di David Brandt, PhD, Technology Officer, Universal Robots
La sicurezza dei robot
Non è difficile imbattersi in video di robot industriali che dimostrano tutta la propria sensibilità fermandosi perfettamente in caso di collisione con diversi ostacoli: può trattarsi davvero di qualsiasi cosa, dalle persone alle bottiglie d'acqua o ai palloncini. Il messaggio che traspare è qualcosa del genere: “guarda quanto è sicuro il nostro robot”. Sebbene questi video possano essere in qualche modo divertenti, non descrivono affatto l’effettiva sicurezza dei robot.
Perché considerare semplicemente la sensibilità di una safety non è sufficiente per valutare il livello di sicurezza globale di un’automazione?
Il duplice aspetto della sicurezza dei robot
Voglio concentrarmi qui su due aspetti inerenti la sicurezza dei robot:
- Sensibilità, ovvero la quantità di forza necessaria per fermare il robot. Per semplicità possiamo pensare di misurarla in newton (in realtà quantificare questa forza non è cosi semplice, in quanto vanno presi in considerazione diversi fattori tra cui la velocità del movimento, ma per ora ignoriamolo).
- Affidabilità, ovvero la probabilità che la funzione di arresto del robot funzioni come dovrebbe. L’unità di misura applicata per questo valore è la probabilità di guasto pericoloso all'ora (PFHd). Si tratta di un termine consolidato che ha origine negli standard di sicurezza funzionale (serie ISO 13849-1 e IEC 61508) e descrive il rischio che una funzione di sicurezza fallisca in modo potenzialmente pericoloso.
Quindi, anche se il nostro robot si arresta al contatto con un semplice palloncino, questo esperimento evidenzia soltanto la sua sensibilità, non riesce invece ad affrontare l’aspetto cruciale dell’affidabilità. Il robot ha funzionato in sicurezza in quel caso, ma possiamo fidarci del fatto che lo farà anche domani o dopodomani?
La dinamica della sensibilità e dell'affidabilità
Quindi, se non puoi semplicemente basarti su una prova di sensibilità per valutare "quanto è sicuro un robot" (e uso le virgolette poiché i robot da soli non possono essere considerati sicuri o meno, è l’applicazione nel suo complesso funzionale a dover essere analizzata) cosa dovresti considerare allora?
La realtà è che sia la sensibilità che l’affidabilità svolgono un ruolo fondamentale nella sicurezza.
La sensibilità può quasi essere semplificata in una variabile binaria. Un robot o è sufficientemente sensibile per l'applicazione oppure non lo è. Un robot che si ferma al tocco di una piuma non è necessariamente più sicuro di uno che si ferma al tocco di una bottiglia d’acqua, purché entrambe le azioni non causino danni. Il livello di sensibilità "sicuro" per un'applicazione robotica deve essere determinato come parte della valutazione del rischio. La norma ISO/TS 15066 fornisce indicazioni sui livelli di forza accettabili.
L'affidabilità, quantificata dal valore PFHd, invece, dovrebbe idealmente essere la più bassa possibile. Per la maggior parte delle applicazioni di robot industriali, il PFHd per le funzioni di sicurezza deve essere inferiore a 10-6 guasti/ora, ciò equivale a PLd nella terminologia ISO 13849-1 o SIL 2 nei termini IEC 61508. Tieni presente che il requisito per un PFHd inferiore a 10-6 guasti/ora riguarda in realtà l'intera funzione di sicurezza, quindi nel caso in cui siano necessarie apparecchiature di sicurezza esterne, avrai bisogno di un robot con un valore PFHd sufficientemente buono per l'intera funzione di sicurezza dell’applicazione per rimanere al di sotto di 10-6 guasti/ora anche tenendo conto del PFHd dei dispositivi di sicurezza esterni. I valori PFHd per le varie funzioni di sicurezza del robot e delle eventuali apparecchiature esterne sono reperibili nella documentazione del prodotto.
L'alta sensibilità può essere uno svantaggio?
È interessante notare che, sebbene l’elevata sensibilità sia spesso pubblicizzata come un vantaggio, a volte può compromettere la sicurezza. Poiché questa affermazione potrebbe risultare controintuitiva, vorrei dedicare un po' di tempo alla sua spiegazione.
Immagina due robot diversi che sono identici sotto tutti gli aspetti (stesso carico utile, stesso raggio d'azione, valori PFHd ecc.), ad eccezione della sensibilità delle funzioni di sicurezza che limitano la forza. Dove un robot ha una sensibilità di 1N e l'altro ha una sensibilità di 50N. La domanda è: quale è più sicuro in un'applicazione del mondo reale?
Se consideriamo i valori della norma ISO/TS 15066 possiamo vedere che entrambi i robot sono sufficientemente sensibili da rimanere entro le linee guida (per favore abbi pazienza che sto semplificando grossolanamente le cose qui, ma il punto rimane valido). E se assumiamo che i valori PFHd per entrambi i robot siano inferiori alla soglia di 10-6 guasti/ora, la conclusione immediata è che entrambi i robot sono sufficientemente sicuri.
Tuttavia, il robot ultrasensibile potrebbe dover affrontare un problema di "arresti fastidiosi" causati da disturbi minori come un cavo allentato o un tocco accidentale. I fastidiosi arresti di per sé non sono un vero problema di sicurezza, il problema è come influenzano il comportamento delle persone attorno al robot. Gli arresti fastidiosi sono davvero fastidiosi per l'utente del robot (per una buona ragione, uccidono la produttività), quindi potrebbero essere una fonte di motivazione sufficiente per qualcuno che tenta di bypassare o disattivare del tutto la funzione di sicurezza.
In generale, una funzione di sicurezza ben progettata dovrebbe trovare un equilibrio: dovrebbe essere abbastanza sensibile da garantire la sicurezza, ma non così sensibile da incoraggiare i lavoratori ad aggirarla. Le migliori funzioni di sicurezza sono quelle che ti tengono al sicuro, senza che tu te ne accorga.
Quindi la prossima volta che ti imbatti in un video in mostra la funzione di sicurezza di un robot, ricorda, c'è di più nella storia. La sicurezza richiede un’attenta considerazione e comprensione. Non si tratta del robot che si ferma al semplice tocco di un palloncino; si tratta di garantire che il robot funzioni in modo coerente, affidabile e sicuro nel suo ambiente operativo.
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