조작 연구소 및 배치에 대한 로봇 안전 위험 평가

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연구실 및 생산 환경에서 조작자를 배치하는 팀들을 위한 체계적인 로봇 안전 평가에 대한 실용적인 가이드

규제 프레임워크

안전장치를 설계하기 전에 어떤 표준이 설치에 적용되는지 이해하면 상당한 재조직이 절약됩니다. 관련 표준은 로봇 유형과 사용 사례에 따라 다릅니다.

ISO 10218-1:2011 산업용 로봇 (로봇 자체) 에 대한 안전 요구 사항. 로봇 제조업체에 적용됩니다. 통합자로서, 구매하는 로봇이 이 표준에 맞는 인증을 받아야 합니다.
ISO 10218-2:2011 산업용 로봇 시스템 및 통합에 대한 안전 요구 사항. 이것은 ** 통합자의 표준** 그것은 설치, 보호 및 프로그래밍을 포함합니다. 준응은 실험실 배치에서 가장 흔한 격차입니다.
ISO/TS 15066:2016 협동 로봇. 고정된 보호 없이 인간과 가까운 곳에서 작동하는 로봇에 대한 요구 사항을 명시합니다. 신체 지역별로 전력 및 힘 제한 (PFL) 접촉력 임대값을 정의합니다. 손 뒤쪽 280N 제한, 상부 팔 110N 제한. 로봇의 접근 범위 내에서 운영자가 작동하는 모든 설치에 중요합니다.
** OSHA 1910.212** 미국 내 일반 기계 보호 요구 사항. OSHA 검사 는 ISO 표준 을 충족 시키더라도 적절 히 보호 받지 않는 로봇 에 대해 이 표준 을 인용 할 것 이다. 귀하의 보호 는 두 가지 모두 를 충족 시키십시오.

위험 평가 단계

위험 평가는 단순히 정신적인 체크리스트가 아니라 구조화된 문서화 과정입니다. 출력서는 안전감사자가 검토할 수 있는 필기적인 문서가어야 합니다.

단계 1 모든 작업을 식별하십시오: 로봇이 수행할 모든 작업을 나열하십시오: 정상적인 작동, 프로그래밍, 유지 보수, 청소, 오류로부터 복구. 각 작업은 다른 위험을 발생시킵니다.
단계 2 각 작업에 따라 위험성을 확인한다: 각 작업에 대해 모든 위험성을 확인한다: 충돌, 함정이, 날카로운 가장자리, 전기, 잡음, 열.
단계 3 위험 추정: 각 위험에 대해 3가지 요소 매트릭스를 사용하여 위험 추정: 심각성 (미소 부상/중심 부상/사상) × 노출 빈도 × 위험 피하는 확률. 대부분의 조직은 15의 계단을 사용하여 위험 우선 순위 번호 (RPN = S × F × P) 를 계산합니다.
단계 4 위험 감소 조치가 적용됩니다: RPN > 12 (15 척도) 또는 RPN와 상관없이 심각성 = 3 (사상 위험) 의 위험 위험을 감소시킵니다.
** 5 단계 잔재 위험 을 평가 한다:** 통제 를 적용 한 후 위험 을 재평가 한다. 잔재 위험 을 문서화 하고 조직 의 기준 에 따라 " 받아 들일 수 있다"는 것을 확인 한다. 위험 은 결코 0 이 아니다.

위험 종류 와 제한

** 충돌 위험 (인사 근처의 코봇):** ISO/TS 15066에 따라 협력적인 작업에 있어서, 인간과 로봇의 분리 거리가 <0.5m인 경우, 로봇 TCP 속도를 ≤0.25m/s로 제한한다.
/크러쉬 위험 (그리퍼): 압 및 전기 은 ISO/TS 15066 문턱을 훨씬 넘는 힘을 발휘할 수 있습니다. 인 손으로 접촉할 때 의 닫기 힘을 ≤140 N로 제한합니다 (ISO/TS 15066 테이블 A.2, 손 뒤꿈치).
** 날카로운 가장자리 위험:** R2.5mm보다 날카로운 가장자리 있는 모든 로봇 도구는 보호가 필요하거나 협동 작업 공간에서 제한되어야 합니다.
전기 위험: 기계 전기 안전에 대한 IEC 60204-1에 따라야 한다. 로봇의 안전성 평가 I/O (비상 정지 및 활성화 장치) 는 ISO 13849-1에 따라 카테고리 3 또는 PLd 안전 기능을 사용하는지 확인한다.

통제 조치 계층

항상 위계 순서로 위험 감소를 적용하십시오. 더 높은 순서로 측정하는 것은 인간 준수에 의존하지 않기 때문에 더 신뢰할 수 있습니다.

1. 제거: 위험 요소를 완전히 제거하십시오. 예제: 잡기 끝을 둔하게 재설계합니다.
2. 경비 (공학 제어): 물리적 장벽, 빛의 커튼, 안전 레이저 스캐너.
3. 경고 (행정적 통제): 안전 표지, 바닥 표지, 필기 절차, 훈련.
4. 개인 보호 장비: 안전 안경, 장갑, 철 발가락 신발. 마지막 수단은

보호 선택

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

대부분의 조작 실험실에서는, 바닥 영역 표시와 결합된 **Sick S300 안전 레이저 스캐너는 커버리지, 유연성 및 비용의 가장 좋은 균형을 제공합니다. S300는 여러 보호 필드와 경고 필드를 동시에 정의할 수 있으며, 로봇이 멈추기 전에 느려질 수 있습니다.

코봇별 요구 사항

"협동적"로 판매되는 로봇 (Universal Robots UR 시리즈, Fanuc CR 시리즈, ABB YuMi) 은 여전히 위험 평가가 필요합니다.

전력 및 동력 제한 (PFL): 로봇은 모터 전류를 지속적으로 모니터링하고 접촉력이 ISO/TS 15066 문턱을 초과하면 멈추게 됩니다. 모든 관절에서 힘/토크를 모니터링하는 것이 필요합니다. 대부분의 코봇은이 모드를 원천적으로 지원합니다.
** 속도 및 분리 모니터링 (SSM):** 인간의 위치를 추적하기 위해 안전성 평가 센서를 (레저 스캐너 또는 카메라) 사용합니다. 로봇의 속도 는 인간이 접근함에 따라 감소합니다. 인간이 최소 분리 거리를 입력하면 완전 중지.
손으로 안내: 운영자는 로봇을 물리적으로 인도하는 장치 (구조의 힘 센서) 를 사용하여 조종한다. 의도하지 않은 움직임을 막기 위해 안전성 평가를 받은 활성화 장치 (3 위치 스위치) 를 갖추어야 한다.

문서화 요구 사항

상업적 배치에 필요한 경우,

** 위험 평가 보고:** 위의 다섯 가지 단계에 따라 작성된 완전한 위험 평가. 자격 있는 사람이 서명하고 시스템 변경에 대한 최신 정보를 유지해야 합니다.
CE 준용 선언: EU에서 판매할 때 요구된다. 기계 지침 2006/42/EC에 대한 준수증을 제공합니다. 특정 고위험 범주 로보트에 대한 신고된 기관의 검토를 요구합니다.
OSHA 준속 체크리스트: 미국 설치 시설에 대해 OSHA 1910.212 보호 요구 사항 및 ANSI/RIA R15.06 로봇 안전 표준 요구 사항에 대한 준수 문서를 작성하십시오. OSHA 검사 접근을 위해 현장에서 유지하십시오.
운전자 훈련 기록: 모든 사업자가 안전 교육을 받았다는 서류, 날짜와 서명. OSHA와 ISO 10218-2에 의해 요구됩니다.

실용적인 실험실 구현

** 긴급 정지 배치:** 로봇의 접근 범위 내의 모든 작업장에서 물리적인 e-stop 버튼을 설치하고, 방 입구에서 하나를 설치합니다. 엄지손가락 규칙: e-stop는 작업 공간에서 사람이 서 있는 모든 위치에서 3초 이내에 도달할 수 있어야 합니다.
** 명확한 구역 표시:** 로봇의 최대 도달 반경을 바닥에 표시하기 위해 높은 가시성 테이프를 사용하십시오. 공동 속도 경계에 있는 제2 표시 (최고 도달 시 TCP에서 0.5m) 는 운영자가 안전한 접근 구역을 이해하는 데 도움이 됩니다.
운전자 훈련: 모든 사업자는 첫 번째 세션 전에 안전 훈련을 완료해야 합니다. 훈련은: 비상 정지 위치 및 사용, 이동 중 운영 구역에 도달하는 금지, 로봇이 예상치 못한 행동을 하면 어떻게 해야 하는가에 관한 것입니다.

기능 안전: SIL 및 성능 수준

생산 배치에 있어서 안전 시스템은 인증된 신뢰성 수준을 달성해야 합니다.

IEC 61508 / SIL (안전성 수준): 안전 기능에 대한 목표 실패 확률을 정의합니다. SIL 1은 시간당 <10^-5의 위험한 실패가 필요합니다. SIL 2는 <10^6을 요구합니다. 대부분의 로봇 안전 기능 (e-stop, 속도 제한) 은 생산 사용에 SIL 2를 요구합니다.
ISO 13849-1 / PL (능력 수준): 기계 응용 프로그램에서 SIL에 대한 단순화된 대안. PLd (SIL 2에 해당하는) 는 협업 응용 프로그램에서 로봇 안전 기능에 대한 전형적인 요구 사항입니다.
** 안전성 평가를 받는 부품:** 안전성 평가를 받기 위해서는 안전성 사슬의 모든 부품 - 센서 (레저 스캐너, 빛 커튼), 로직 (안전성 PLC 또는 안전 리레어) 및 액추에이터 (모터 전력을 절감하는 콘택터) - 가 개별적으로 PLd에 평가를 받아야 합니다. 안전성 평가를 받지 않는 부품을 체인 어디에도 사용하면 전체 체인의 PL가 해당 부품 수준으로 줄여집니다.
중 채널 아키텍처: PLd는 적어도 카테고리 3 아키텍처 (차로 모니터링을 하는 두 개의 독립적인 안전 채널) 를 필요로 한다. 이것은 동일한 위험을 감지하는 두 개의 별도의 센서, 두 개의 별도의 회로 절단 전력, 그리고 채널 간의 불일치를 감지하는 논리를 의미합니다. 단일 채널 아키텍처는 최대 PLc를 달성할 수 있습니다.

긴급 정지 설계

응급정지 (e-stop) 는 최종 안전 장벽이다. 설계는 IEC 60204-1 카테고리 0 (즉시 전력 제거) 또는 카테고리 1 (관리된 정지 후 전력 제거) 에 따라야 한다:

E-stop 버튼 사양: 노란색 배경에 있는 빨간 버섯 헤드 버튼, 잠금형 (동작으로 리셋될 때까지 누르며 유지된다)
** 위치 규칙:** 일터로 서 있는 사람이 작업 공간에서 있는 모든 장소에서 3초 이내에 전자 정류가 도달할 수 있어야 합니다. 전형적인 실험실에서는: 운영자 역에서 하나, 방 출구에서 하나. 생산에서는: 로봇 주변에서 5미터마다 하나.
** 와이딩:** E-stop 회로는 하드 와이딩 (소프트웨어 제어되지 않는) 이어야 한다. e-stop 신호는 로봇 모터 드라이버에 전력을 절감하는 접촉기를 직접 열고 있다. 소프트웨어 e-stop (ROS2 노드 정지 명령을 보내는) 는 추가 편의성이지만 안전 표준을 충족시키지 못한다.
** 재설정 절차:** 전자정지 활성화 후 의도적으로 재설정 순서를 요구합니다: (1) 전자정지 버튼을 풀고, (2) 위험 여부를 확인하고, (3) 엔진 전력을 다시 활성화하기 위해 별도의 재설정 버튼을 누르십시오. 재설정 버튼은 전자정지 자체에 설치되어서는 안 됩니다.
** 테스트:** 모든 운영 시기의 시작에 모든 e-stop 버튼을 테스트합니다. 테스트를 문서화합니다. 테스트되지 않은 e-stop는 테스트되지 않은 안전 가정입니다.

조작 연구소에서의 위험 평가 체크리스트

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
그리퍼 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
적재 하중 verified within arm's rated capacity	Yes / No

RCSV와 작업

RCSV는 모든 규모의 로봇 배치에 대한 안전 평가 및 준수 지원을 제공합니다.

정비 및 유지보수 서비스 -- 안전 시스템 검사 및 인증 지원을 포함한다
[데이터 수집 서비스] (T7) -- 우리의 시설은 안전성 평가와 완전히 준수
하드웨어 스토어 - 안전 액세서리 전자 스톱 버튼, 안전 레이저 스캐너, 그리고 빛의 커튼
[우리와 연락하세요] T9) -- 당신의 연구소나 생산 시설에 대한 안전감사를 요청하세요

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RCSV의 서비스 팀은 로봇 안전 전문가들로 구성되어 있으며, 그들은 설치 시설을 검토하고 위험 평가 문서를 작성하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

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