人間とロボットの共同組立におけるロボットの安全性

人間とロボットの共同組立は、人間の器用さと適応性にロボットの精度と耐久性を融合させ、製造業に革命をもたらしている。しかし、このような共有作業空間におけるロボットの安全性を確保することは最も重要である。この記事では、人間とロボットの共同作業環境における安全性の重要な側面を探り、生産性を最大化しながら作業者を保護する技術、標準、手順について説明します。この情報は、協働ロボットの導入や協働作業に関わるすべての人にとって不可欠なものである。この記事では、産業環境に焦点を当てています。

1.人間とロボットの共同組立とは？

人間とロボットの協働組立は、協働組立とも呼ばれ、人間とロボットが共有の作業スペースで協働して組立作業を行う。従来の産業用ロボットでは、ロボットは安全バリアの向こうで孤立して作業していましたが、協働ロボット（コボット）は、多くの場合、物理的なバリアなしで、人間と一緒に作業するように設計されています。このアプローチは、人間とロボット両方の長所を兼ね備えている。

人間は適応性、問題解決能力、手先の器用さを作業にもたらし、ロボットは精密さ、再現性、重作業や反復作業を処理する能力を提供する。この相乗効果により、生産性の向上、品質の改善、人間工学の向上が期待できる。重要な違いは、ワークスペースの共有と、人間とロボットの密接な相互作用である。

2.人間とロボットの協働において、なぜ安全性が重要なのか？

安全性はどのような産業環境においても最も重要ですが、人間とロボットの共同作業においては、人間とロボットが同じ作業空間を共有し、直接相互作用する可能性があるため、より一層重要になります。産業用ロボットは伝統的に、接触が起これば重傷を負わせることができる強力な機械です。より安全な相互作用のために設計された協働ロボットであっても、安全対策が適切に実施されなければ、危害の可能性は残ります。

ロボットと人間の衝突がもたらす結果は、軽い打撲から大怪我、あるいは死亡事故にまで及ぶ可能性がある。直接的な物理的リスクだけでなく、心理的要因も考慮しなければならない。ロボットと共に効果的に働くためには、労働者はロボットシステムを安全だと感じ、信頼する必要がある。したがって、ロボットの安全性を確保することは、法的・倫理的な義務であるだけでなく、人間とロボットの協働アプリケーションを成功させるためにも不可欠なことなのです。

3.協働ロボットの主な安全基準とは？

いくつかの国際安全規格が、協働ロボットシステムの設計と実装を規定している。最も重要なものの1つがISO/TS 15066で、協働ロボットの安全性に関する具体的なガイドラインを規定しています。この技術仕様は、産業用ロボットの安全性をカバーするISO 10218-1およびISO 10218-2に概説されている一般的な安全要件を基礎としています。

ISO/TS 15066は、協働アプリケーションのリスクアセスメント、安全機能、バリデーション方法に関する詳細な情報を提供しています。ISOTS15066では、4つの協調動作モードが定義されています：安全定格監視停止、ハンドガイド、速度・離隔監視、動力・力制限です。協働ロボットシステムが必要な安全要件を満たすためには、これらの安全規格を遵守することが極めて重要です。これらの規格では、安全手順に関する詳細な情報に作業者がアクセスできるようにすることがしばしば要求されます。情報が掲載されているページが一時的にダウンしていたり、新しいウェブアドレスに恒久的に移動している場合もあります。

4.協働ロボットに使われている主な安全機能と技術とは？

協働ロボットには、人間の作業員への危害のリスクを最小化するために、いくつかの安全機能や技術が組み込まれている。これらには以下が含まれる：

• パワー＆フォース・リミッティング（PFL）： これはコボットの基本的な安全機能である。PFLロボットは、ロボットが発揮する力とパワーを制限し、人間への衝撃が安全な閾値以下にとどまるように設計されている。これは多くの場合、高感度な力覚センサーとコンプライアント・ジョイントの使用によって実現される。
• セーフティ・モニター・ストップ： この機能により、人間が定義された安全ゾーンに入った場合、ロボットは確実に停止し、停止したままになります。ロボットは、人間がゾーンを離れ、意図的な再スタートコマンドが与えられたときにのみ動作を再開する。
• ハンドガイド： これにより、オペレータはロボットを直接把持して手動で動かすことができる。ロボットのセンサーが加えられた力を検知し、それに応じてロボットアームを動かす。これはロボットに新しい作業を教えたり、組み立て中の微調整によく使われる。
• スピードとセパレーションのモニタリング： この戦略では、センサー（レーザースキャナー、ビジョンシステムなど）を使ってロボットと人間の距離をモニターする。ロボットの速度はこの距離に基づいて自動的に調整され、人間が近づくと減速または停止する。

5.共同申請におけるリスク評価はどのように行われるのか？

リスクアセスメントは、協働ロボットアプリケーションを実装する上で極めて重要なステップである。これは、潜在的な危険性を特定し、関連するリスクを評価し、それらのリスクを軽減するための対策を実施することを含む。リスクアセスメントプロセスは通常、機械安全の一般規格であるISO 12100に概説されているような構造化されたアプローチに従います。

リスクアセスメントは、ロボット本体、エンドエフェクタ（ツール）、ワークピース、ワークスペース、人間の作業を含む協働アプリケーションのあらゆる側面を考慮すべきである。また、潜在的な誤用や予期せぬ出来事も考慮すべきである。ゴールは、人間の作業者の安全を確保しながら、リスクを許容レベルまで低減することである。リスクアセスメントの結果は、適切な安全機能と戦略の選択に反映されます。そのページが一時的にダウンしているか、新しいウェブアドレスに永続的に移動している可能性があります。

6.人間とロボットのコラボレーションにおける安全戦略の違いとは？

人間とロボットの共同作業では、特定のアプリケーションとリスクアセスメントの結果に応じて、いくつかの異なる安全戦略を採用することができます。これらの戦略には、多くの場合、先に述べた安全機能の組み合わせが含まれる。

• 肉体的な接触は意図していない： このシナリオでは、ロボットと人間は同じエリアで作業しますが、直接接触することは意図されていません。安全性は通常、速度と分離の監視、安全定格の監視停止によって確保されます。
• 身体的接触の可能性あり： この戦略では、ロボットと人間の接触が時折発生する可能性があることを認めるが、ロボットはそのような接触の力とパワーを安全なレベルに制限するように設計されている。パワーと力の制限は、このシナリオにおける重要な特徴である。
• 意図的な身体的接触： ハンドガイドのようなアプリケーションでは、ロボットと人間の意図的な物理的接触が必要とされる。安全性は、フォーストルクセンサーやコンプライアントジョイントといったロボット固有の安全機能に依存している。人間とロボットの協調は、産業用協調ロボットにおける安全性と人間工学に大きな影響を与える。

7.ロボットコントローラは安全にどう貢献するか？

ロボットコントローラは安全システムの重要なコンポーネントです。ロボットのセンサーを監視し、安全関連の信号を処理し、ロボットの動きを制御する。コントローラは、関連する安全規格を満たすように設計され、認定されなければなりません。

コントローラは、速度や分離の監視、パワーや力の制限など、選択した安全戦略を実行します。ロボットの位置、速度、力を継続的に監視し、事前に定義された制限を超えた場合、安全停止を開始します。コントローラは、非常停止ボタンやセーフティライトカーテンなど、安全関連の入出力も管理します。コントローラは安全性を確保するために使用されます。

8.協働ロボットの安全性においてセンサーが果たす役割とは？

センサーは安全システムの「目と耳」であり、ロボットの環境や人間の存在に関する重要な情報を提供する。特定の安全戦略に応じて、さまざまなタイプのセンサーが使用されます。

• フォース・トルク・センサ これらのセンサーは通常、ロボットの関節やエンドエフェクターに組み込まれ、加えられる力やトルクを測定します。パワーや力の制限、ハンドガイドに不可欠です。
• レーザースキャナー これらのセンサーは、ロボットの周囲に2次元の安全ゾーンを形成する。このゾーンに人間や物体が入ると、スキャナーがそれを検知し、ロボットコントローラーに信号を送る。
• ビジョン・システム カメラと画像処理ソフトウェアを使用して、作業スペース内の人間の存在と位置を検出することができます。この情報は、速度や分離の監視、または他の安全機能のトリガーに使用することができます。
• ロボット・スキン:タッチを検出するセンサー。

これらのセンサーはリアルタイムのデータをロボットコントローラーに提供し、潜在的な危険に素早く反応し、人間の作業員の安全を確保することを可能にする。

9.共同組立の具体的な安全手順とは？

技術的な安全機能に加えて、共同組立における安全な作業には、特定の安全手順が不可欠である。これらの手順は明確に定義され、共同作業スペースで作業するすべての人員に伝達されるべきである。

• トレーニング 作業者は、ロボットの操作、安全機能、緊急手順について徹底的に訓練されなければならない。
• ワークスペースのデザイン 作業スペースは、衝突のリスクを最小限に抑え、ロボットの作業領域に関する明確な視覚的手がかりを提供するように設計されるべきである。
• 定期検査： センサーや安全装置を含むロボットシステムは、定期的に点検し、それらが正しく機能していることを確認するために保守する必要がある。
• 緊急時の手続き ロボットの故障や衝突などの緊急事態に対応するための明確な手順が定められていなければならない。

これらの手順を技術的な安全機能と組み合わせることで、人間とロボットの共同作業環境における作業員を保護する包括的な安全システムが構築される。安全手順は、チームの全メンバーがアクセスできなければなりません。ウェブサイトが一時的にダウンしている場合もあれば、新しいウェブアドレスに恒久的に移動している場合もあります。

10.人間とロボットの協働システムにおける安全の未来とは？

人間とロボットのコラボレーションの分野は常に進化しており、安全技術も絶えず進歩している。今後、いくつかのトレンドが予想される：

• より洗練されたセンサー： 3Dビジョンシステムや触覚センサーなどのセンサー技術の進歩は、ロボットの環境に関するさらに詳細な情報を提供し、安全性を高める。
• 人工知能（AI）： AIは、人間の動きを予測して反応するロボットの能力を向上させ、より安全で直感的なインタラクションを実現するために使用できる。機械学習アルゴリズムは、潜在的に危険な状況を認識し、適切な安全反応を引き起こすように訓練することができる。
• アダプティブ・セーフティ・システム 将来の安全システムは、作業空間の状況の変化に適応し、特定のタスクと人間の行動に基づいてリアルタイムで安全ゾーンとロボットの動作を調整できるようになるかもしれない。
• 人間とロボットの相互作用の改善： ユーザーインターフェースやコミュニケーション方法の進歩により、人間がロボットを理解し、対話することが容易になり、誤解やエラーのリスクが減る。

これらの進歩は、人間とロボットの協働システムの安全性と効率をさらに高め、さまざまな産業でこの技術がさらに広く採用される道を開くだろう。

要点

• 人間とロボットの共同組み立てでは、人間とロボットが作業スペースを共有しながら共同作業を行う。
• 人間とロボットの密接な相互作用では、衝突や怪我の可能性があるため、安全性は非常に重要である。
• ISO/TS 15066などの主要な安全規格は、協働ロボットの安全性に関するガイドラインを提供している。
• 協働ロボットは、パワーや力の制限、安全定格の監視停止、速度や分離の監視などの安全機能を使用する。
• リスクアセスメントは、潜在的な危険を特定し、軽減するために極めて重要である。
• 人間とロボットの相互作用のレベルに応じて、さまざまな安全戦略が採用される。
• ロボットコントローラは、安全機能の実装とセンサーの監視において重要な役割を果たす。
• フォーストルクセンサー、レーザースキャナー、ビジョンシステムなどのセンサーは、重要な安全情報を提供する。
• 安全な作業には、トレーニングや作業スペースの設計など、具体的な安全手順が不可欠である。
• 人間とロボットの共同作業における安全性の未来には、より高度なセンサー、AI、適応システム、人間とロボットの相互作用の改善が含まれる。
• 安全情報が掲載されているウェブサイトが一時的にダウンしているかもしれないし、新しいウェブアドレスに恒久的に移動しているかもしれない。そのような事態に備える必要がある。