Suvi Nikula ja Mirka Leino, Satakunnan ammattikorkeakoulu

Robottien yhteistoimintaominaisuuksiin liittyvät vaatimukset määritellään standardeissa EN ISO 10218-1 ja EN ISO 10218-2 sekä teknisessä määrittelyssä ISO/TS 15066. ISO/TS 15066 on maailman ensimmäinen yhteistyörobottijärjestelmien turvallisuusvaatimuksia koskeva tekninen määrittely. Se on suunniteltu täydentämään aiempien, EN ISO 10218-1 ja EN ISO 10218-2, standardien vaatimuksia ja ohjeita. (Lazarte 2016; Robotiq n.d.b, 4.)

Teollisuusrobotit, EN ISO 10218-1 
”SFS-EN ISO 10218-1:2011, Robotit ja robotiikkalaitteet. Turvallisuusvaatimukset. Osa 1: Teollisuusrobotit” -standardi koskee erityisesti robottia ja siinä käsitellään turvallisuuden varmistamista robotin suunnittelussa ja rakenteessa. Standardissa määritetään myös siinä käytettyjä termejä, joista seuraavat liittyvät erityisesti yhteistyörobotteihin:

1. Yhteistoiminta: Toimintatila, jossa ihminen ja yhteistoimintaan suunnitellut robotit työskentelevät välittömästi yhteistyössä määritetyssä työtilassa.
2. Yhteinen työtila: Työtila, joka on suojuksilla ja turvalaitteilla erotetun tilan sisällä ja jossa ihminen ja robotti voivat tuotannon aikana suorittaa työtehtäviä samanaikaisesti. (SFS-EN ISO 10218-1, 8, 12; SFS-EN ISO 10218-2, 5-6.)

Yhteistoimintaa koskevissa vaatimuksissa määritetään, että yhteistoimintaa varten suunnitelluissa roboteissa on oltava näkyvä osoitus yhteistoiminnassa olemisesta. Lisäksi on noudatettava yhtä tai useampaa seuraavista vaatimuksista, jotka esitetään tässä lyhennettyinä ja yksinkertaistettuina:

1. Turvaluokiteltu valvottu pysäytys
   Robotin on pysähdyttävä tai vaihtoehtoi-sesti hidastettava nopeutta, kun ihminen on yhteisessä työtilassa. Robotti voi jatkaa automaattista toimintaa, kun ihminen poistuu yhteisestä työtilasta.
2. Käsin ohjaaminen:
   Käsin ohjauksen laitteisto on sijoitettava lähelle robotin työkalua ja siihen on sisällyttävä hätäpysäytin sekä kolmiasentoinen sallintalaite, jolla robotin liikkeet voidaan sallia tai pysäyttää. Robotin nopeuden pitää olla rajoitettu ja valvottu.
3. Nopeuden ja vähimmäisetäisyyden valvonta:
   Robotin tulee noudattaa määritettyä nopeutta ja pitäytyä vähimmäisetäisyydellä käyttäjästä. Nopeuden häiriön tai vähimmäisetäisyyden alituksen sattuessa on robotin pysähdyttävä. Soveltuva nopeus ja riittävä vähimmäisetäisyys on syytä arvioida kunkin robottisovelluksen kohdalla yksilöllisesti.
4. Tehon ja voiman rajoittaminen luontaisesti turvallisella suunnittelulla tai ohjauksella:
   Robotin teho ja nopeus on rajoitettu turvalliselle tasolle, jolloin mahdollisesta kohtaamisesta ei aiheudu ihmiselle vaaraa. Mikäli jokin rajoituksista ylittyy, on robotin pysähdyttävä. (SFS-EN ISO 10218-1, 36.)

Robottijärjestelmät ja niiden yhdistelmät, EN ISO 10218-2
”SFS-EN ISO 10218-2:2011 -standardin, Robotit ja robotiikkalaitteet – Turvallisuusvaatimukset, osa 2, Robottijärjestelmät ja niiden yhdistelmät” kattaa robottijärjestelmän ja robottiyksikön. Siinä määritellään ohjeita henkilöiden turvallisuuden varmistamiseksi robottijärjestelmien asennuksen, käytön, kunnossapidon ja näihin liittyvien toimenpiteiden aikana. Lisäksi myös tässä standardin osassa määritetään käytettyjä termejä, joista seuraavat liittyvät erityisesti yhteistyörobotiikkaan:

1. Yhteistoimintarobotti: Ihmisen kanssa suoraan vuorovaikutukseen suunniteltu robotti.
2. Yhteistyötila: Työtila, joka on turvalaitteella suojatussa tilassa, jossa robotti ja ihminen voivat suorittaa tehtäviä samanaikaisesti tuotantotehtävien aikana. (SFS-EN ISO 10218-1, 8; SFS-EN ISO 10218-2, 5-6, 8.)

Standardissa määritetään lisäksi yhteistoimintarobotteihin liittyen turvallisuusvaatimukset ja suojaustoimenpiteet. Tavoite yhteistyörobottien suhteen on erityinen ihmisen ja robotin välinen toiminta, jossa jaetaan yhteinen työtila. Yhteistoiminta on mahdollista vain roboteille, joiden ominaisuudet on suunniteltu standardin 10218-1 mukaan, kun vaadittavat turvallisuustoimenpiteet ovat aktiivisena ja tehtävä on etukäteen määritetty yhteistoiminnalliseksi. (SFS-EN ISO 10218-2, 38.)

Yleisesti vaaditaan, että yhteisessä työtilassa robotin kanssa työskentelevien turvallisuus on varmistettava jatkuvasti toimivilla turvallisuustoimenpiteillä. Toimintaa suunniteltaessa on suoritettava kattava riskinarviointi, jossa tarkastellaan kaikki yhteistoimintatehtävät ja -tilat. Robottien, turvalaitteiden ja muiden mahdollisten järjestelmään liitettyjen koneiden ja laitteiden on oltava vaatimustenmukaiset. Vaatimukset esitellään tarkemmin standardissa. (SFS-EN ISO 10218-2, 38-39.)

Yhteistoimintatilan osalta vaaditaan, että se on määritettävä selkeästi, esimerkiksi lattiamerkinnöin. Käyttäjät on suojattava turvalaittein sekä soveltuvalla ohjausjärjestelmällä, ja suoritusominaisuudet on rajoitettava sallituiksi. Kaikkien tehtävien suorittamisen pitää onnistua käyttäjältä helposti ja laitteiden ja rakenteiden väliin ei saisi jäädä puristuskohtia tai niihin on asetettava suojaustoimenpiteet. Erityistä huomiota tulee kiinnittää vaihtopisteisiin autonomisen ja yhteistoimintatilan välillä. (SFS-EN ISO 10218-2, 39-40.)

Yhteistoimintatilassa tapahtuvasta toiminnasta määritetään, että sen toimintatapaa suunniteltaessa on valittava yksi tai useampi turvallisuuden varmistava turvallisuusominaisuus ja näiden vikaantumisten on saatava aikaan turvapysäytys. Turvallisuusominaisuuksia ovat:

1. Turvallisuuteen liittyvä valvottu pysäytys: Kun yhteistoimintatilassa havaitaan ihminen, robotin liikkeen on pysähdyttävä, jotta mahdollistetaan ihmisen ja robotin välitön vuorovaikutus.
2. Käsiohjaus: Käsiohjaus on sallittava edellyttäen seuraavien vaatimusten täyttyminen: Käyttäjällä on oltava soveltuva ohjauslaite ja hyvä näkyvyys koko yhteistoimintatilaan sekä toimintatilaa vaihdettaessa tulee turvallisuuteen liittyvä valvottu pysäytys.
3. Nopeuden ja välietäisyyden valvonta: Järjestelmässä, joka on suunniteltu säilyttämään turvallinen etäisyys käyttäjään, on käytettävä soveltuvia robotteja. Robotin nopeus ja turvallinen etäisyys on määritettävä riskinarvioinnin avulla.
4. Tehon ja voiman rajoitus suunnittelun tai valvonnan avulla: Järjestelmässä, joka on suunniteltu valvomaan vaaroja tehon tai voiman rajoittamisella, on käytettävä soveltuvia robotteja. Tehon ja voiman rajoitukset on määritettävä riskinarvioinnin avulla. (SFS-EN ISO 10218-2, 40-41.)

Yhteistyörobotit, ISO/TS 15066
Tekninen määrittely ”ISO/TS 15066: Robots and robotic devices — Collaborative robots on suunniteltu täydentämään ISO 10218-1 ja ISO 10218-2 standardien ohjeistusta yhteistyörobottien toimintaan liittyen. Se on oleellinen ainoastaan niiden yhteistyöroboteille asetettujen turvallisuusvaatimusten yhteydessä, jotka on kuvailtu mainituissa standardeissa. Se sisältää kattavan ohjeistuksen nimenomaan henkilöille, jotka suorittavat riskinarviointia yhteistyörobottisovelluksille. On odotettavissa, että tähän tekniseen määrittelyyn tulee lisäyksiä ja muutoksia tulevaisuudessa. Tekninen määrittely tarjoaa teollisuudelle ohjeistusta, jota testata ja saadun kokemuksen perusteella ohjeistuksesta tehdään lopullinen standardi. (ISO/TS 15066, iv, Robotiq n.d.b, 4, 10.)

ISO/TS 15066 teknisessä määrittelyssä opastusta tarjotaan muun muassa teollisen yhteistyörobottisovelluksen suunnitteluun nimenomaan samassa työtilassa työskentelevän ihmisen ja robotin työskentelyn aikaisen mahdollisen fyysisen kontaktin näkökulmasta. Lisäksi tehdään tarkennuksia vaatimuksiin, jotka yhteistyörobottisovelluksen tulee täyttää ja jotka on määritetty ISO 10218-1 ja 10218-2 -standardeissa. ISO/TS 15066 tarjoaa myös listan ihmisen kipukynnyksen ylittävistä voiman ja paineen tasoista 29 eri kehonosaan liittyen. Lisäksi tässä vedetään ensimmäistä kertaa suuntaviivat voiman ja nopeuden maksimiarvoille sovelluksissa, jotka perustuvat voiman ja nopeuden rajoittamiseen.  (ISO/TS 15066, iii, 2; Robotiq n.d.b, 4-5.)

Standardien soveltaminen käytäntöön
Tässä esiteltyjen standardien määritykset tukeutuvat ja viittaavat paljolti toisiinsa sekä muihin standardeihin. Pelkästään tässä dokumentissa yksinkertaistetusti esitettyjen kohtien täyttymisen perusteella robotti tai robottijärjestelmä ei ole standardinmukainen. Näiden kohtien perusteella on kuitenkin ymmärrettävissä, minkälaisia vaatimuksia nämä turvallisuuteen liittyvät standardit ja määrittelyt sisältävät. Kun robotti tai robottijärjestelmä on näiden standardien ja voimassa olevien konedirektiivien mukainen, on sen turvallisuustoiminnot toteutettu tarkasti ja monitahoisesti.

LÄHTEET:

ISO/TS 15066:2016 Robots and robotic devices — Collaborative robots. 2016. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. Helsinki: SFS. Viitattu 11.12.2018. https://www.sfs.fi/

Lazarte, Maria. 2016. Robots and humans can work together with new ISO guidance. Viitattu 19.9.2018 https://www.iso.org/news/2016/03/Ref2057.html

Robotiq. N.d.a. Cobots ebook. Viitattu 8.12.2018. https://blog.robotiq.com/hubfs/COBOT%20EBOOK%20FINAL.pdf

SFS-EN ISO 10218-1 Robotit ja robotiikkalaitteet. Turvallisuusvaatimukset. Osa 1: Teollisuusrobotit. 2013. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. Helsinki: SFS. Viitattu 19.9.2018. https://www.sfs.fi/

SFS-EN ISO 10218-2:2011 Robotit ja robotiikkalaitteet. Turvallisuusvaatimukset. Osa 2: Robottijärjestelmät ja niiden yhdistelmät. 2017. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. Helsinki: SFS. Viitattu 19.9.2018. https://www.sfs.fi/