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26 abr. 2016

Una nueva era de los robots industriales

Nuevos requerimientos de seguridad: ISO/TS 15066:2016

Los robots industriales han cambiado muchas de sus caracteristicas durante los ultimos anos para impulsar la evolucion de la automatizacion. Desde las tipicas aplicaciones robotizadas donde los robots estan completamente rodeados por un vallado periferico hasta los mas avanzados "cobots" disponibles en el mercado.

Hoy en dia podemos encontrar robots trabajando mano a mano con operarios para llevar a cabo tareas manuales. Para conseguir esta colaboracion directa entre humano y robot el principal desafio ha sido mejorar los sistemas de seguridad mas alla de barreras fotoelectricas o dispositivos de enclavamiento, asegurando la coexistencia de trabajador y robot en el mismo puesto de trabajo y en las mejores condiciones de seguridad, mejorando el proceso productivo y la ergonomia del operario.

Este escenario colaborativo ha sido posible, en parte, a causa de la evolucion de los equipos de seguridad que companias como Pilz Espana y Portugal han desarrollado durante los ultimos 10 anos. Sistemas de vision artificial 3D como el sistema SafetyEYE, capaces de detectar la aproximacion de personas al espacio colaborativo; pieles artificiales electrosensibles para evitar el impacto con el operario, o supervision de fuerza y potencia de los ejes del robot para reducir la severidad de un impacto representan ejemplos de la ultima tecnologia que hace posible una nueva generacion de aplicaciones para robots: Las aplicaciones colaborativas entre humano y robot (HRC).
    
Debido a que esta nueva etapa ya esta en marcha, las normativas tambien deben evolucionar detallando requerimientos y metodos de validacion que aseguren que la colaboracion entre robot y humano se lleva a cabo en condiciones de seguridad y en el mejor entorno de trabajo, lo cual hace posible que estas nuevas maquinas puedan incorporar el marcado CE.

Para ayudar en esta tarea, a las ya conocidas normas EN ISO 10218 "Robots y dispositivos roboticos-Requisitos de seguridad para robots industriales" (partes 1 y 2), recientemente ha sido publicada la especificacion tecnica ISO/ TS 15066:2016 "Robots and robotic devices - Collaborative robots" que complementa y detalla mas profundamente los requerimientos de seguridad para HRC, siendo una referencia esencial no solo para diseno de la aplicacion sino tambien para la validacion.
    
Evaluacion de Riesgos y Validacion

La especificacion tecnica presenta nuevas definiciones como por ejemplo "Contacto cuasi-estatico" y "Contacto transitorioro" haciendo referencia a los dos tipos de impactos que el operario podria sufrir durante el trabajo. Si el cuerpo del operario queda atrapado entre una parte movil del robot y otra parte fija o movil de la celula robotizada estariamos hablando de un contacto cuasi-estatico. Por otro lado, si el impacto no resulta en un atrapamiento y el operario puede retraerse, se considera un contacto transitorio. Las medidas de reduccion de riesgo seran diferentes en caso que se deba evitar un tipo de contacto u otro. Este es un ejemplo de como la ISO/TS 15066 tambien es una herramienta esencial para la fase de evaluacion de riesgos.

La especificacion tecnica detalla los cuatro metodos para operaciones colaborativas ya presentados por las normas EN ISO 10218. Es decir: paro controlado de seguridad; guiado manual; supervision de la velocidad y la distancia de separacion; y limitacion de potencia y fuerza por el diseno inherente o el control, siendo esta ultima la mas interesante y desafiante debido a que posibilita una interaccion mas directa entre el robot en movimiento y el operario.

Con el fin de obtener un comportamiento fiable del robot cuando este y el trabajador comparten el espacio colaborativo, la parte del sistema de mando de seguridad debe cumplir los requisitos de la norma en relacion a la arquitectura de los circuitos y del software (embebido y de usuario). El control de la parte de seguridad debe alcanzar al menos un Nivel de prestaciones (PL) d y la arquitectura deberaser categoria 3. Debe tenerse en cuenta que el tratamiento de las senales externas que provienen de dispositivos de seguridad tales como equipos optosensibles (barreras de seguridad, scanners, equipos de vision artificial, etc.) es tan criacutetico como el posicionamiento de estos dispositivos. La especificacion tecnica facilita unas formulas y documentos de referencia (EN ISO 13855) a tener en cuenta para calcular la distancia de seguridad. El calculo de esta distancia es esencial en caso de desarrollar el metodo colaborativo de supervision de la velocidad y la distancia de separacion, basado en la monitorizacion de la aproximacion del operario a la zona de peligro.

Por supuesto, se deben tener en cuenta otros aspectos, tales como peligros mecanicos, ergonomicos o derivados de fuentes de energia electrica o neumatica. Es esencial llevar a cabo una evaluacion de riesgos para cada aplicacion colaborativa y proponer medidas de reduccion de riesgo.

Una vez que la celula robotizada esta montada se debe revisar el cumplimiento de los requisitos de seguridad. El check list del anexo G adjunto en la norma EN ISO 10218-2 es una buena base para validar que la aplicacion satisface los requerimientos de seguridad de la normativa de robots industriales. Por otro lado, en caso de tener que validar una aplicacion usando el metodo de control de potencia y fuerza de los ejes del robot el anexo A "Limits for quasi-static and transient contact de la ISO/TS 15066 debe tenerse en cuenta. Dicho anexo contiene un grafico del cuerpo humano y unas tablas donde se muestran las maximas fuerzas de colision aceptables para cada parte del cuerpo, dentro del marco de la aplicacion.

Se deben realizar medidas de fuerza de colision para compararlas con la tabla A.2 del anexo y asegurar que el valor tomado no excede el umbral definido en dicha tabla. Esta tarea debera ser realizada para obtener el marcado CE del robot.
    
La constante mejora de las normas y reglamentos tecnicos hacen posible un escenario donde los humanos y los robots comparten espacios de trabajo en condiciones seguras. Pero no hay duda que es un nuevo reto para la ingenieria de seguridad poder aplicar y validar los requerimientos de los metodos colaborativos. Esta es la razon por la que formar parte de proyectos europeos de I+D+I tales como Fourbythree o Robopartner es un desafio excitante para Pilz Espana y Portugal, como expertos en servicios y sistemas de seguridad para la automatizacion Industrial.