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Evaluación de riesgos de seguridad de los robots para laboratorios y instalaciones de manipulación
Cómo realizar una evaluación de riesgos de seguridad de los robots <unk> ISO 10218, límites de fuerza de cobot, opciones de salvaguarda y requisitos de documentación.
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Una guía práctica para la evaluación sistemática de la seguridad de los robots para los equipos que desplegan manipuladores en laboratorios de investigación y entornos de producción.
Marco normativo
Si se comprenden qué normas se aplican a su instalación antes de diseñar las salvaguardias, se ahorrará un considerable trabajo.
- ISO 10218-1:2011
Requisitos de seguridad para los robots industriales (el propio robot). Aplica al fabricante del robot. - ISO 10218-2:2011
Requisitos de seguridad para sistemas de robots industriales e integración. Esta es la norma del integrador** cubre su instalación, protección y programación. - ISO/TS 15066:2016
Robots colaborativos. Específica los requisitos para los robots que operan cerca de los humanos sin vigilancia fija. Define los umbrales de fuerza de contacto de potencia y fuerza limitante (PFL) por región del cuerpo: límite de la espalda de la mano 280N, límite de la parte superior del brazo 110N. Es crítico para cualquier instalación donde los operadores trabajan dentro del alcance del robot. - ** OSHA 1910.212**
Requisitos generales de protección de máquinas en los Estados Unidos. Los inspectores de OSHA citarán esta norma para robots de protección inadecuada incluso si se cumplen con los estándares ISO.
Pasos para evaluar los riesgos
La evaluación de riesgos es un proceso de documentación estructurado, no sólo una lista de control mental.
- ** Paso 1
Identifique todas las tareas:** Lista todas las tareas que el robot realizará: operación normal, programación, mantenimiento, limpieza, recuperación de fallas. - ** Paso 2
Identificar los peligros por tarea:** Para cada tarea, identificar todos los peligros: colisión, trampa, bordes afilados, eléctricos, ruido, calor. - ** Paso 3
Risecto estimado:** Para cada peligro, estimar el riesgo utilizando una matriz de 3 factores: Gravedad (lesiones menores / lesiones graves / mortalidad) × frecuencia de exposición × probabilidad de evitar el peligro. La mayoría de las organizaciones utilizan una escala de 1 5 por factor, calculando un número de prioridad de riesgo (RPN = S × F × P). - ** Paso 4
Aplicar medidas de reducción de riesgos:** Reducir el riesgo de cualquier peligro con RPN > 12 (en una escala de 1 5) o cualquier peligro con Gravedad = 3 (riesgo de mortalidad) independientemente de la RPN. - ** Paso 5
Evaluar el riesgo residual:** Reevaluar el riesgo después de aplicar los controles. Documentar el riesgo residual y confirmar que es "acetable" según los criterios de su organización. El riesgo nunca es cero el objetivo es el riesgo residual aceptable.
Tipos y límites de peligro
- Risiko de colisión (cobot cerca de humanos): Para operaciones colaborativas bajo ISO/TS 15066, limita la velocidad TCP del robot a ≤0,25 m/s cuando la distancia de separación humano-robot es <0,5 m. Por encima de 0,5 m, la velocidad puede aumentar por el cálculo de seguimiento de la separación de velocidad en el anexo A de ISO/TS 15066.
- Rístico de acoplamiento/crush (gripper): Las agarradas neumáticas y eléctricas pueden ejercer fuerzas que superan mucho los umbrales de ISO/TS 15066. Limitar la fuerza de cierre de la agarrada a ≤140 N para el contacto con las manos humanas (tabela A.2, de la mano) Implementar esto mediante un límite de fuerza/corriente en el controlador de la agarrada.
- Resolio de bordes afilados: Cualquier herramienta robot con bordes más afilados que R2.5 mm requiere protección o debe restringirse del espacio de trabajo colaborativo.
- Propósito de seguridad eléctrica: Siga la norma IEC 60204-1 para la seguridad eléctrica de la máquina. Verifique si la entrada y salida de seguridad calificada del robot (para el dispositivo de parada y activación de emergencia) utiliza una función de seguridad de categoría 3 o PLd según la norma ISO 13849-1.
La hierarquía de las medidas de control
Las medidas de orden superior son más fiables porque no dependen del cumplimiento humano:
- 1. Eliminar: Eliminar el peligro por completo. Ejemplo: rediseñar la punta del agarre para que sea torpe
no queda peligro de borde agudo. Esto es siempre preferible. - 2. Guardia (control de ingeniería): Barreras físicas, cortinas de luz, escáneres láser de seguridad.
- 3. Advertencia (control administrativo): Señalización de seguridad, marcas de suelo, procedimientos escritos, formación.
- 4. Equipos de protección personal: Otros anteojos de seguridad, guantes, zapatos de pie de acero.
Opciones de protección
| Device | Example Product | Detection Range | Response Time | Approx. Cost |
|---|---|---|---|---|
| Safety laser scanner | Sick S300 Mini | Up to 4m radius, 270° field | <80ms | $2,000–$4,000 |
| Light curtain | Keyence GL-R series | 0.1–9m height, 0.5–6m width | <10ms | $800–$3,000/pair |
| Pressure-sensitive mat | Tapeswitch Corp. Series 300 | 0.5–10 m² coverage | <10ms | $400–$1,500 |
| Safety camera (vision-based) | Pilz SafetyEYE | 3D zone monitoring up to 8m | <40ms | $5,000–$12,000 |
Para la mayoría de los laboratorios de manipulación, un escáner láser de seguridad Sick S300 combinado con marcas de zona de suelo proporciona el mejor equilibrio de cobertura, flexibilidad y costo. El S300 puede definir múltiples campos de protección y campos de advertencia simultáneamente, lo que permite al robot ralentizarse (campo de advertencia de velocidad) antes de detenerse (campo de protección).
Requisitos específicos para los cobots
Los robots comercializados como "colaborativos" (Universal Robots UR-series, Fanuc CR-series, ABB YuMi) todavía requieren una evaluación de riesgos
- Limitamiento de potencia y fuerza (PFL): El robot monitorea continuamente las corrientes del motor y se detiene si la fuerza de contacto supera los umbrales de ISO/TS 15066. Requiere monitoreo de fuerza/torque en cada articulación. La mayoría de los cobots soportan este modo de forma nativa.
- Montaje de velocidad y separación (SSM): Utiliza un sensor de seguridad (escáner láser o cámara) para rastrear la posición humana. La velocidad del robot se reduce a medida que se acerca el humano. Detención completa si el humano entra en la distancia mínima de separación.
- Guía manual: El operador guía físicamente al robot con un dispositivo de guía manual (sensor de fuerza en la herramienta). Debe tener un dispositivo de activación calificado de seguridad (3 interruptores de posición) para evitar movimientos no deseados.
Requisitos de documentación
Para cualquier despliegue comercial, debe mantener:
- Informe de evaluación de riesgos: La evaluación completa por escrito de riesgos de los cinco pasos anteriores. Debe ser firmada por una persona cualificada y mantenerse al día con cualquier cambio en el sistema.
- Declaración de conformidad CE: Requerida para las ventas en la UE. Certifica el cumplimiento de la Directiva 2006/42/CE sobre máquinas. Requiere una revisión por parte de un organismo notificado de los robots en categorías específicas de alto riesgo.
- ** Lista de verificación de cumplimiento de OSHA:** Para las instalaciones de Estados Unidos, documenta el cumplimiento de los requisitos de seguridad de OSHA 1910.212 y de cualquier norma de seguridad de robots ANSI/RIA R15.06.
- Registros de formación de los operadores: Documento que todos los operadores han recibido formación en seguridad, con fechas y firmas. Requerido tanto por OSHA como por ISO 10218-2.
Implementación práctica en el laboratorio
- Posición de parada de emergencia: Instalar un botón de parada electrónica en cada estación de trabajo al alcance del robot y uno en la entrada de la habitación.
- Marcas de zona clara: Utilice una cinta de alta visibilidad (patrón amarillo/negro) para marcar el radio máximo de alcance del robot en el suelo.
- ** Formación de los operadores:** Todos los operadores deben completar una formación de seguridad antes de su primera sesión.
Seguridad funcional: niveles de SIL y rendimiento
Para las instalaciones de producción, los sistemas de seguridad deben alcanzar un nivel de fiabilidad certificado.
- IEC 61508 / SIL (Niveles de integridad de seguridad): Define las probabilidades de fallas objetivo para las funciones de seguridad. SIL 1 requiere <10^-5 fallas peligrosas por hora. SIL 2 requiere <10^-6.
- ISO 13849-1 / PL (Nivel de rendimiento): Una alternativa simplificada a SIL para aplicaciones de maquinaria. PLd (equivalente a SIL 2) es el requisito típico para las funciones de seguridad de los robots en aplicaciones colaborativas.
- Componentes calificados de seguridad: Para lograr el PLd, todos los componentes de la cadena de seguridad - sensores (escáneres láser, cortinas de luz), lógica (PLC de seguridad o relevo de seguridad) y actuadores (contáculos que cortan la potencia del motor) - deben ser calificados individualmente para el PLd. El uso de un componente no calificado de seguridad en cualquier parte de la cadena reduce el PL de toda la cadena al nivel de ese componente.
- Arquitectura de doble canal: PLd requiere al menos una arquitectura de categoría 3 (dos canales de seguridad independientes con monitoreo cruzado). Esto significa dos sensores separados que detectan el mismo peligro, dos circuitos separados que cortan la potencia y lógica que detecta desacuerdos entre canales.
Diseño de parada de emergencia
La parada de emergencia (e-stop) es la barrera de seguridad final. Su diseño debe seguir la categoría IEC 60204-1 0 (eliminación inmediata de la energía) o la categoría 1 (eliminación controlada de la energía):
- Especificaciones del botón de parada electrónica: Botón rojo de cabeza de hongo en fondo amarillo, tipo de enchufe (se mantiene presionado hasta que se restablece manualmente), calificado para la seguridad PL de su instalación. Allen-Bradley 800FP-MT64 ($25) o Siemens 3SB3 ($30) son adecuados.
- Regla de colocación: Una parada electrónica debe ser accesible en un plazo de 3 segundos desde cualquier lugar donde una persona pueda estar en el espacio de trabajo.
- Circuitos de parada electrónica: Los circuitos de parada electrónica deben estar conectados a cables duros (no controlados por software). La señal de parada electrónica abre directamente los contactos que cortan la energía a los conductores de motores robóticos.
- Procedimiento de restablecimiento: Después de una activación de la parada electrónica, se requiere una secuencia de restablecimiento deliberada: (1) liberar el botón de la parada electrónica, (2) verificar que el peligro se haya eliminado, (3) presionar un botón de restablecimiento separado para volver a habilitar la potencia del motor.
- ** Prueba:** Prueba cada botón de parada electrónica al comienzo de cada turno de operación. Documenta la prueba.
Lista de control de evaluación de riesgos para laboratorios de manipulación
| Item | Status | Notes |
|---|---|---|
| Written risk assessment document completed and signed | Yes / No | |
| E-stop buttons installed at all required locations | Yes / No | |
| E-stop function tested and documented | Yes / No | |
| Floor zone markings installed (reach zone + collaborative zone) | Yes / No | |
| Safety sensor(s) installed and tested (laser scanner / light curtain) | Yes / No | |
| Robot speed limits configured for collaborative operation | Yes / No | |
| Gripper force limits configured per ISO/TS 15066 | Yes / No | |
| All operators trained and training records documented | Yes / No | |
| Emergency procedures posted at all workstations | Yes / No | |
| Carga Útil verified within arm's rated capacity | Yes / No |
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