Tiêu chuẩn TCVN 13700:2023 về Rô bốt và cơ cấu rô bốt - Rô bốt hợp tác

• Số hiệu: TCVN13700:2023
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2023

Chuyển động của rô bốt hoặc chức năng dừng		Người vận hành đến gần không gian làm việc hợp tác
		Bên ngoài	Bên trong
Rô bốt đến gần không gian làm việc hợp tác	Bên ngoài	Tiếp tục	Tiếp tục
	Bên trong và di chuyển	Tiếp tục	Dừng để bảo vệ
	Bên trong an toàn - điểm dừng được giám sát đánh giá	Tiếp tục	Tiếp tục

Hình 2 - Bảng mô tả chân thật vì các hoạt động dừng được giám sát có liên quan đến an toàn

Phải xác lập không gian làm việc hợp tác có các khoảng cách đáp ứng các yêu cầu của TCVN 7386 (ISO 13855). Thiết bị rô bốt phải được trang bị các cơ cấu có liên quan đến an toàn để phát triển sự hiện diện của một người vận hành trong phạm vi không gian làm việc hợp tác. Phải ngăn cản sự tiếp cận không gian được hạn chế bên ngoài không gian làm việc hợp tác phù hợp với đánh giá rủi ro.

Khi sử dụng đặc điểm dừng có giám sát được đánh giá an toàn, một người vận hành phải được phép đi vào không gian làm việc hợp tác chỉ trong các điều kiện sau:

a) khi thiết bị rô bốt hoặc các mối nguy hiểm khác không xuất hiện trong không gian làm việc hợp tác;

b) khi thiết bị rô bốt ở trong không gian làm việc hợp tác và ở chức năng dừng có giám sát được đánh giá an toàn (loại dừng 2) phù hợp với TCVN 13229-1:2020 (ISO10218-1:2011), 5.4 thì chức năng dừng có giám sát được đánh giá an toàn phải hoạt động tại mọi thời điểm khi một người vận hành ở trong không gian làm việc hợp tác;

c) khi thiết bị rô bốt ở trong không gian làm việc hợp tác và ở chức năng dừng để bảo vệ phù hợp với TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), 5.4 và 5.5.3.

Trong quá trình sử dụng chức năng theo dự định, rô bốt có thể hoạt động chậm lại dẫn đến dừng có giám sát được đánh giá an toàn (loại dừng 2) phù hợp với TCVN 12669 (IEC 60204).

Khi người vận hành rời khỏi không gian làm việc hợp tác, chức năng dừng có giám sát được đánh giá an toàn có thể không được kích hoạt và chuyển động của thiết bị có thể lại bắt đầu một cách tự động.

Bất cứ tình huống nào vi phạm các yêu cầu hoạt động này phải dẫn đến chức năng dừng để bảo vệ (dừng loại 0) phù hợp với TCVN 12669 (IEC 60204).

...

...

...

5.5.3.1   Mô tả

Trong phương pháp hoạt động này, một người vận hành sử dụng cơ cấu vận hành bằng tay để truyền các lệnh chuyển động cho thiết bị rô bốt. Trước khi người vận hành được phép đi vào không gian làm việc hợp tác và tiến hành các tác vụ dẫn hướng bằng tay, rô bốt phải dừng có giám sát và được đánh giá là an toàn (xem 5.5.2). Tác vụ được thực hiện bởi các cơ cấu dẫn hướng tác động bằng tay được bố trí tại hoặc gần cơ cấu tác động ở đầu mút của rô bốt.

Các thiết bị rô bốt được sử dụng cho dẫn hướng bằng tay có thể được trang bị các yếu tố đặc trưng như khuếch đại lực, các vùng an toàn hiệu dụng hoặc các công nghệ hiệu chỉnh.

Nếu các yêu cầu của 5.5.5 được đáp ứng trong một tác vụ dẫn hướng bằng tay thì không phải áp dụng các yêu cầu của 5.5.3.

5.5.3.2  Yêu cầu

5.5.3.2.1  Quy định chung

Rô bốt phải sử dụng chức năng vận tốc có giám sát được đánh giá an toàn (TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), 5.4.6) và chức năng dừng có giám sát được đánh giá an toàn (xem 5.5.2). Đánh giá rủi ro phải được sử dụng để xác định giới hạn vận tốc có giám sát được đánh giá an toàn. Nếu an toàn của người vận hành phụ thuộc vào giới hạn phạm vi chuyển động của rô bốt thì rô bốt phải sử dụng trục mềm có liên quan đến an toàn và giới hạn không gian (TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), 5.12.3).

Trình tự vận hành đối với dẫn hướng bằng tay như sau:

a) thiết bị rô bốt sẵn sàng cho dẫn hướng bằng tay khi đi vào không gian làm việc hợp tác phải dừng có giám sát và được đánh giá an toàn (xem 5.5.2) - sau đó người vận hành có thể đi vào không gian làm việc hợp tác;

...

...

...

c) khi người vận hành ngắt (giải phóng) cơ cấu dẫn hướng thì chức năng dừng có giám sát được đánh giá an toàn (xem 5.5.2) phải được bật lên.

Nếu người vận hành đi vào không gian làm việc hợp tác trước khi thiết bị rô bốt sẵn sàng cho dẫn hướng bằng tay thì chức năng dừng có bảo vệ (TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), 5.5.3) phải được bật lên.

Phải ngăn ngừa sự tiếp cận không gian hạn chế bên ngoài không gian làm việc hợp tác phù hợp với đánh giá rủi ro.

5.5.3.2.2  Cơ cấu dẫn hướng

Thiết bị rô bốt phải được trang bị một cơ cấu dẫn hướng có cơ cấu dừng khẩn cấp (TCVN 13229-1 ;2020 (ISO 10218-1:2011), 5.5.2 và 5.8.4) và cơ cấu có thể thực hiện được chức năng dừng (TCVN 13229- 1:2020 (ISO 10218-1:2011), 5.8.3), trừ khi yêu cầu về loại trừ cơ cấu có thể thực hiện được chức năng của 5.4.5 được đáp ứng.

Phải quan tâm đến các yêu cầu sau khi bố trí cơ cấu dẫn hướng:

a) khoảng tiếp cận tới rô bốt của người vận hành phải bảo đảm sao cho có thể quan sát một cách trực tiếp chuyển động của rô bốt và bất cứ các mối nguy hiểm nào có thể xuất hiện từ chuyển động này (ví dụ, các bộ phận điều khiển được lắp trên cơ cấu tác động ở đầu mút);

b) vị trí và tư thế của người vận hành không được dẫn đến các mối nguy hiểm bổ sung (ví dụ, người vận hành không ở bên dưới các tải trọng nặng hoặc ở bên dưới cánh tay máy);

c) vị trí thuận lợi của người vận hành phải cho phép có tầm nhìn không bị cản trở toàn bộ không gian làm việc hợp tác (ví dụ, có thêm người đi vào không gian làm việc hợp tác)

...

...

...

5.5.3.2.3  Chuyển tiếp giữa dẫn hướng bằng tay và các kiểu hoạt động khác

Chuyển tiếp giữa hoạt động dẫn hướng bằng tay và hoạt động không hợp tác hoặc các kiểu hoạt động hợp tác không được bổ sung thêm rủi ro. Người vận hành phải điều khiển các chuyển tiếp này bằng cách cân nhắc kỹ các tác động (ví dụ, kích hoạt cơ cấu có thể thực hiện được chức năng dừng) và cách làm việc (ví dụ, rời khỏi không gian làm việc hợp tác).

Các khía cạnh riêng cần xem xét trong các trường hợp này là:

a) trong các chuyển tiếp từ dẫn hướng bằng tay sang dừng có giám sát được đánh giá an toàn (xem 5.1), sự tạm dừng chuyển động của rô bốt và phỏng theo chức năng dừng có kiểm soát được đánh giá an toàn không được tạo thêm các mối nguy hiểm bổ sung;

b) chuyển tiếp từ dừng có giám sát được đánh giá an toàn sang dẫn hướng bằng tay không được dẫn đến chuyển động không mong đợi;

c) trong các chuyển tiếp từ dẫn hướng bằng tay sang hoạt động không hợp tác tất cả những người vận hành phải đi ra khỏi không gian làm việc hợp tác trước khi thiết bị rô bốt có thể tiếp tục với hoạt động không hợp tác;

d) chuyển tiếp từ hoạt động không hợp tác sang dẫn hướng bằng tay không được tạo thêm các mối nguy hiểm bổ sung.

5.5.3.2.4  Đánh giá rủi ro

Giảm rủi ro bằng sự phối hợp điều khiển trực tiếp chuyển động do người vận hành thực hiện và giới hạn thích hợp được tính đến sự an toàn về vận tốc và vị trí như đã được xác định bằng đánh giá rủi ro. Đánh giá rủi ro phải tính đến các đặc điểm riêng sau:

...

...

...

b) thời gian và khoảng cách cần thiết để rô bốt đi đến trạng thái dừng trong lúc ngắt cơ cấu có thể thực hiện được chức năng dừng hoặc phòng theo dừng để bảo vệ, ví dụ, để bố trí không gian làm việc đối với vị trí của người vận hành và các vật cản;

c) các mối nguy hiểm do không gian làm việc, cơ cấu tác động ở đầu cuối, hoặc các vùng ngoại vi hoặc các thiết bị ứng dụng gây ra.

5.5.4  Tốc độ và giám sát khoảng cách tối thiểu

5.5.4.1  Mô tả

Trong phương pháp hoạt động này thiết bị rô bốt và người vận hành có thể di chuyển đồng thời trong không gian làm việc hợp tác. Giảm rủi ro đạt được bằng cách duy trì ít nhất là khoảng cách bảo vệ an toàn giữa người vận hành và rô bốt tại mọi thời điểm. Trong quá trình chuyển động của rô bốt, thiết bị rô bốt không bao giờ được có khoảng cách tới người vận hành nhỏ hơn khoảng cách bảo vệ an toàn. Khi khoảng cách tối thiểu giảm tới giá trị nhỏ hơn khoảng cách bảo vệ an toàn, thiết bị rô bốt phải dừng lại. Khi người vận hành di chuyển ra xa khỏi thiết bị rô bốt, thiết bị rô bốt có thể lại bắt đầu chuyển động một cách tự động theo các yêu cầu của điều này trong khi phải duy trì khoảng cách bảo vệ an toàn. Khi vận tốc của thiết bị rô bốt giảm đi thì khoảng cách bảo vệ an toàn sẽ giảm đi một cách tương ứng.

5.5.4.2  Yêu cầu

5.5.4.2.1  Quy định chung

Rô bốt phải được trang bị một chức năng giám sát vận tốc được đánh giá an toàn (TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), 5.6.4) và một chức năng giám sát dừng được đánh giá an toàn (xem 5.5.2). Nếu an toàn của người vận hành phụ thuộc vào phạm vi giới hạn chuyển động của rô bốt thì rô bốt phải được trang bị giới hạn mềm an toàn và sự hạn chế không gian (TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), 5.12.3). Hệ thống giám sát vận tốc và khoảng cách tối thiểu phải đáp ứng các yêu cầu của 5.2.

Phải áp dụng giám sát vận tốc và khoảng cách tối thiểu cho tất cả những người trong phạm vi không gian làm việc hợp tác. Nếu sự thực hiện biện pháp bảo vệ bị hạn chế bởi số lượng người trong không gian làm việc hợp tác thì số lượng người tối đa phải được công bố trong thông tin cho sử dụng. Nếu giá trị tối đa này bị vượt quá thì một quá trình dừng để bảo vệ phải xảy ra.

...

...

...

a) bắt đầu một chức năng dừng để bảo vệ;

b) bắt đầu các chức năng có liên quan đến an toàn được kết nối với thiết bị rô bốt phù hợp với TCVN 13229-2:2020 (ISO 10218-2:2011), 5.11.2 g, ví dụ ngắt bất cứ dụng cụ nguy hiểm nào.

Các khả năng để hệ thống điều khiển rô bốt có thể tránh được sự vi phạm khoảng cách bảo vệ an toàn bao gồm, nhưng không bị hạn chế:

- Giảm vận tốc, có thể dẫn đến sự chuyển tiếp sang chức năng dừng có giám sát được đánh giá an toàn (xem 5.4.1):

- Thực hiện một đường dẫn khác không vi phạm khoảng cách bảo vệ an toàn khi tiếp tục giám sát vận tốc hoạt động và khoảng cách tối thiểu.

Khi khoảng cách tối thiểu thực tế đáp ứng hoặc vượt quá khoảng cách bảo vệ an toàn thì chuyển động của rô bốt lại có thể được bắt đầu.

5.5.4.2.2  Vận tốc không đổi, thay đổi và các giá trị của khoảng cách tối thiểu

Các vận tốc lớn nhất cho phép và các khoảng cách bảo vệ an toàn nhỏ nhất trong một ứng dụng có thể thay đổi hoặc không thay đổi. Đối với các giá trị thay đổi, các vận tốc lớn nhất cho phép và các khoảng cách bảo vệ an toàn có thể được điều chỉnh liên tục dựa trên các vận tốc tương đối và các khoảng cách của thiết bị rô bốt và người vận hành. Đối với các giá trị không thay đổi phải xác định vận tốc lớn nhất cho phép khoảng cách bảo vệ an toàn thông qua đánh giá rủi ro như là các trường hợp xấu nhất trên toàn bộ hành trình của ứng dụng.

Các biện pháp để xác định các vận tốc tương đối và khoảng cách của người vận hành và thiết bị rô bốt phải được đánh giá an toàn phù hợp với các yêu cầu trong TCVN 13229-2:2020 (ISO 10218-2:2011), 5.2.2.

...

...

...

Trong quá trình hoạt động tự động, các bộ phận nguy hiểm của thiết bị rô bốt không được có khoảng cách tới người vận hành nhỏ hơn khoảng cách bảo vệ an toàn. Có thể tính toán khoảng cách bảo vệ an toàn dựa trên các khái niệm được sử dụng để tạo ra công thức khoảng cách nhỏ nhất trong ISO 13855 được sửa đổi có tính đến các mối nguy hiểm sau gắn liền với giám sát vận tốc và khoảng cách.

a) ở trạng thái chỉnh đặt vận tốc không đổi, sử dụng giá trị vận tốc nguy hiểm nhất có giám sát được đánh giá an toàn. Giá trị này phụ thuộc vào ứng dụng và có hiệu lực bằng đánh giá rủi ro. Giá trị giới hạn không đổi phải được chỉnh đặt như một vận tốc có giám sát được đánh giá an toàn theo TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), 5.6.4 để bảo đảm cho giới hạn không đổi không bị vượt quá.

b) Ở trạng thái chỉnh đặt vận tốc thay đổi, sử dụng các vận tốc của thiết bị rô bốt và của người vận hành để xác định giá trị có thể áp dụng được cho khoảng cách bảo vệ an toàn tại mỗi thời điểm. Theo cách khác, có thể xác định vận tốc nhỏ nhất cho phép của rô bốt dựa trên vận tốc của người vận hành và khoảng cách tối thiểu thực tế giữa rô bốt và người vận hành. Chức năng điều khiển để hoàn thành yêu cầu này phải tuân theo TCVN 13229-2:2020 (ISO 10218-2:2011), 5.2.2.

c) Khoảng cách dừng của rô bốt được xác định theo TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), Phụ lục B.

Khoảng cách bảo vệ an toàn, S_p, có thể được xác định theo Công thức (1):

S_p(t₀) = S_h + S_r + S_s + C + Z_d + Z_r (1)

trong đó

S_p(t₀) là khoảng cách bảo vệ an toàn ở thời điểm (t₀);

(t₀) là thời điểm hiện nay hoặc hiện tại;

...

...

...

S_r là phần thêm vào khoảng cách bảo vệ an toàn có thể quy cho thời gian phản ứng của thiết bị rô bốt;

S_s là phần đóng góp vào khoảng cách bảo vệ an toàn do khoảng cách dừng của thiết bị rô bốt;

C là khoảng cách xâm nhập như đã định nghĩa trong ISO 13855; đây là khoảng cách mà một bộ phận của thân thể có thể xâm nhập vào trường cảm biến trước khi được nhận dạng;

Z_d là độ không ổn định vị trí của người vận hành trong không gian làm việc hợp tác khi được đo bằng cơ cấu cảm biến sự hiện diện do có dung sai đo của hệ thống cảm biến;

Z_r là độ không ổn định vị trí của thiết bị rô bốt do độ chính xác của hệ thống đo vị trí của rô bốt.

Chú thích S_p(t₀) cho phép tính toán động lực học khoảng cách bảo vệ an toàn, khi cho phép vận tốc của rô bốt thay đổi trong quá trình ứng dụng. Cũng có thể sử dụng S_p(t₀) để tính toán một giá trị cố định cho khoảng cách bảo vệ an toàn dự trên các giá trị của các trường hợp xấu nhất.

Công thức (1) áp dụng cho tất cả các tổ hợp của nhân viên và các bộ phận di động của thiết bị rô bốt trong không gian làm việc hợp tác. Bộ phận của rô bốt và người gần nhau nhất trong không gian làm việc hợp tác có thể di chuyển ra xa nhau, trong khi một bộ phận khác của rô bốt và người có thể tiến lại gần nhau.

Phần đóng góp vào khoảng cách bảo vệ an toàn có thể quy cho sự thay đổi vị trí của người vận hành S_h, được biểu thị bằng Công thức (2):

...

...

...

Trong đó

T_r

là thời gian phản ứng của thiết bị rô bốt, bao gồm cả thời gian yêu cầu cho phát hiện vị trí của người vận hành, xử lý tín hiệu này, kích hoạt một chức năng dừng của rô bốt, nhưng ngoại trừ thời gian đưa rô bốt về vị trí dừng;

T_s

là thời gian dừng của rô bốt, tính từ lúc kích thước lệnh dừng tới khi rô bốt dừng lại. T_s không phải là một hằng số, nhưng tất nhiên là một hàm của cấu hình rô bốt, chuyển động được dự kiến, vận tốc, cơ cấu tác động ở đầu cuối hoặc tải trọng;

v_h

là vận tốc dự kiến của một người vận hành trong không gian làm việc hợp tác theo hướng của bộ phận di động của rô bốt và có thể là dương hoặc âm tùy thuộc vào khoảng cách bảo vệ an toàn tăng lên hoặc giảm đi;

t

là biến số tính phân trong các công thức (2), (4) và (6).

...

...

...

Một giá trị không đổi của S_h khi sử dụng vận tốc được ước tính của người (1,6m/s), được biểu thị bằng m/s, có thể được ước tính theo Công thức (3):

S_h = 1,6 x (T_r + T_s)

(3)

Phần thêm vào khoảng cách bảo vệ an toàn có thể quy cho thời gian phản ứng của thiết bị rô bốt, S_r, được biểu thị bằng Công thức (4):

(4)

trong đó v_r là vận tốc được định hướng của rô bốt theo hướng của một người vận hành trong không gian làm việc hợp tác và có thể là dương hoặc âm tùy thuộc vào khoảng cách tối thiểu đang tăng lên hoặc giảm đi.

Đại lượng S_r biểu thị phần đóng góp vào khoảng cách tối thiểu do chuyển động của rô bốt lúc người đi vào trường cảm biến tới khi hệ điều khiển kích hoạt một chức năng dừng. Ở đây v_r là một hàm số của thời gian và có thể thay đổi do vận tốc của rô bốt hoặc sự thay đổi hướng (chiều). Thiết bị phải được thiết kế có tính đến sự thay đổi của v_r theo cách sao cho có thể giảm khoảng cách tối thiểu tới mức lớn nhất:

- nếu vận tốc của rô bốt không được giám sát, thiết kế thiết bị phải cho rằng v_r là vận tốc lớn nhất của rô bốt;

...

...

...

- nếu một giới hạn vận tốc được đánh giá an toàn đang có hiệu lực thì thiết kế thiết bị có thể sử dụng giới hạn vận tốc này nếu giới hạn này áp dụng được cho bộ phận của rô bốt đang được xem xét.

Chú thích  Một giới hạn vận tác được đánh giá an toàn chỉ giám sát vận tốc Đề các của rô bốt TCP sẽ không giám sát các bộ phận khác của rô bốt có thể gây ra các mối nguy hiểm cho người vận hành. Một giới hạn vận tốc được đánh giá an toàn giám sát các vận tốc liên kết cũng có thể được sử dụng.

Có thể ước tính một giá trị không đổi cho S_r theo Công thức (5):

S_r = v_r (t₀) x T_r

(5)

Phần đóng góp vào khoảng cách bảo vệ an toàn xảy ra trong khi thiết bị rô bốt đang dừng lại được biểu thị bằng Công thức (6):

(6)

trong đó v_s là vận tốc của rô bốt trong tiến trình dừng, từ lúc kích hoạt lệnh dừng tới khi rô bốt đã dừng lại.

...

...

...

a) nếu vận tốc của rô bốt không được giám sát, thiết kế thiết bị phải cho rằng tính phân này là khoảng cách dừng của rô bốt theo hướng (chiều) giảm khoảng cách tối thiểu tới mức lớn nhất;

b) nếu vận tốc của rô bốt được giám sát, thiết kế thiết bị có thể sử dụng khoảng cách dừng của rô bốt do vận tốc này tác dụng theo hướng giảm khoảng cách tối thiểu tới mức lớn nhất.

Nên nhận được các giá trị của S_s từ các dữ liệu được cung cấp phù hợp với TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), Phụ lục B.

Các phần đóng góp khác nhau cho khoảng cách bảo vệ an toàn được minh họa trên Hình 3. Trong biểu đồ trên đỉnh của Hình 3, vận tốc của người vận hành hướng về phía rô bốt (v_h) được chỉ ra là một giá trị dương, trong khi vận tốc của rô bốt hướng về phía người vận hành (v_r, v_s) được chỉ ra là một giá trị âm.

Cho phép thực hiện theo các cách khác nếu đạt được các yêu cầu của 5.5.4.2.

Hình 3 - Biểu thị bằng biểu đồ các phần đóng góp vào khoảng cách bảo vệ an toàn giữa một người vận hành và một rô bốt

5.5.5  Giới hạn công suất và lực

5.5.5.1  Mô tả

...

...

...

5.5.5.2  Tình huống tiếp xúc

Trong quá trình hoạt động hợp tác khi sử dụng công suất hoặc lực được hạn chế, các biến cố tiếp xúc giữa rô bốt hợp tác và các bộ phận thân thể của người vận hành có thể diễn ra theo một số cách:

a) các tình huống tiếp xúc theo dự định là một phần của trình tự ứng dụng;

b) các tình huống tiếp xúc phụ, không quan trọng có thể là hậu quả của không tuân theo quy trình làm việc nhưng không có hư hỏng về kỹ thuật;

c) các dạng hư hỏng dẫn đến các tình huống tiếp xúc

Các kiểu tiếp xúc có thể có giữa các bộ phận di động của thiết bị rô bốt và các vùng trên thân thể một người được phân loại theo cách sau:

- Tiếp xúc tựa tĩnh: Tiếp xúc này bao gồm các tình huống kẹp hoặc đè bẹp trong đó một bộ phận thân thể người bị kẹt giữa một bộ phận di động của thiết bị rô bốt và một bộ phận cố định hoặc di động khác của phòng máy. Trong tình huống này, thiết bị rô bốt có thể tác dụng một áp lực hoặc lực vào bộ phận trên thân thể bị kẹt trong một khoảng thời gian kéo dài tới khi tình trạng được giải quyết.

- Tiếp xúc chuyển tiếp: Tiếp xúc này cũng có liên quan đến “va chạm động” và mô tả một tình trạng trong đó một bộ phận thân thể người bị va chạm bởi một bộ phận di động của thiết bị rô bốt và có thể lùi lại hoặc đẩy lên khỏi rô bốt mà không kẹp chặt hoặc giữ lại vùng thân thể bị tiếp xúc, vì thế tình trạng này chỉ diễn ra trong khoảng thời gian tiếp xúc thực tế rất ngắn. Tiếp xúc chuyển tiếp phụ thuộc vào sự kết hợp quán tính của rô bốt (xem Chú thích 1), quán tính của bộ phận thân thể người (xem Phụ lục A) và vận tốc tương đối của hai quán tính này.

Chú thích 1  Quán tính có liên quan của rô bốt là khối lượng di động được tính toán ở vị trí tiếp xúc. Quán tính này có thể ở bất cứ chỗ nào dọc theo xích động học (nghĩa là, cánh tay máy, các cơ cấu bản lề, bộ các dụng cụ gia công và chi tiết gia công), vì thế ước tính giá trị này để có thể sử dụng tư thế riêng của rô bốt, các vận tốc của các khâu, sự phân bố khối lượng và vị trí tiếp xúc hoặc sử dụng một giá trị trong trường hợp xấu nhất.

...

...

...

5.5.5.3  Giảm rủi ro cho khả năng có tiếp xúc giữa rô bốt và người vận hành

Phải xem xét giảm rủi ro với các biện pháp sao cho sự tiếp xúc có thể xảy ra giữa người vận hành và thiết bị rô bốt không gây ra tổn hại cho người vận hành. Các biện pháp này đạt được bằng:

a) xác định các điều kiện trong đó có thể xảy ra sự tiếp xúc;

b) đánh giá tiềm năng của rủi ro đối với sự tiếp xúc này;

c) thiết kế thiết bị rô bốt và không gian làm việc hợp tác sao cho sự tiếp xúc này không thường xuyên xảy ra và có thể tránh được;

d) áp dụng các biện pháp giảm rủi ro để duy trì tình trạng tiếp xúc ở dưới ngưỡng của các giá trị giới hạn.

Để đạt được mục đích của đánh giá rủi ro này, nên xem xét bất cứ sự tiếp xúc có tiềm năng nào mà người vận hành không được bảo vệ bởi bất cứ các biện pháp giảm rủi ro nào, bao gồm cả trang bị bảo vệ cá nhân. Sự nhận biết này phải xem xét các tiêu chí sau đối với các biến có tiếp xúc có tiềm năng:

- các vùng thân thể của người vận hành bị phơi nhiễm;

- nguồn gốc của các biến cố tiếp xúc, nghĩa là tác động có chủ đích là một phần của sử dụng theo dự định đối với tiếp xúc không có chủ đích hoặc sử dụng sai hợp lý thấy trước được;

...

...

...

- loại biến cố tiếp xúc, nghĩa là tiếp xúc tựa tĩnh hoặc tiếp xúc chuyển tiếp;

- các bề mặt tiếp xúc, vận tốc, lực, áp lực, xung lực, công suất cơ học, năng lượng hoặc các đại lượng khác đặc trưng cho biến có tiếp xúc vật lý.

Các đồ vật sắc, nhọn, có các lưỡi xén, lưỡi cắt như các vật hình kim, các loại dao cắt, xén và các chi tiết có thể gây ra thương tích không được hiện diện trong vùng tiếp xúc.

Chú thích 1  Các vỏ che thích hợp, các áo bọc hoặc các mặt phẳng cách ly có thể được sử dụng để giảm nhẹ các mối nguy hiểm tiềm tàng.

Chú thích 2  Có thể có các mối nguy hiểm khác ngoài sự tiếp xúc, bao gồm cả xử lý các mối nguy hiểm.

Sự phơi nhiễm trước tiếp xúc của các vùng thân thể nhạy cảm bao gồm cả sọ, trán, thanh quản, mắt, tai hoặc mặt phải được ngăn ngừa khi có thể thực hiện được.

5.5.5.4  Các biện pháp giảm rủi ro chủ động và bị động

Các biện pháp giảm rủi ro nhằm vào sự tiếp xúc tựa tĩnh và sự tiếp xúc chuyển tiếp về bản chất là các biện pháp bị động hoặc chủ động. Các biện pháp thiết kế an toàn bị động chú tâm vào thiết kế cơ khí thiết bị rô bốt trong khi các biện pháp thiết kế an toàn chủ động chú tâm vào thiết kế điều khiển thiết bị rô bốt.

Các phương pháp thiết kế an toàn bị động nhưng không bị giới hạn cho các yêu cầu sau bao gồm:

...

...

...

1) các cạnh, mép và các góc được lượn tròn;

2) các bề mặt bằng phẳng và nhẵn;

3) các bề mặt mềm;

b) hấp thu năng lượng, kéo dài thời gian truyền năng lượng hoặc giảm các lực va chạm:

1) có lớp lót, lớp điện giảm chấn;

2) các chi tiết dễ biến dạng;

3) các mối nối hoặc mối liên kết mềm;

c) giới hạn các khối lượng di động.

Các phương pháp thiết kế an toàn chủ động nhưng không bị giới hạn cho các yêu cầu sau bao gồm:

...

...

...

- giới hạn vận tốc của các bộ phận di động;

- giới hạn động lượng hoặc xung lực, công suất cơ học hoặc năng lượng như là một hàm số của các khối lượng và vận tốc;

- sử dụng các trục mềm được đánh giá an toàn và chức năng giới hạn không gian;

- sử dụng chức năng dừng có giám sát được đánh giá an toàn;

- sử dụng cảm biến để dự báo hoặc phát hiện sự tiếp xúc (ví dụ, phát hiện sự đến gần hoặc tiếp xúc để giảm các lực tựa tĩnh).

Việc áp dụng các phương pháp này và các biện pháp khác có liên quan phải chú tâm vào sự phơi nhiễm mong đợi của người vận hành như đã được xác định bằng đánh giá rủi ro.

Chú thích  Có thể cần đến sự kết hợp của các chức năng an toàn, ví dụ, chức năng giới hạn lực an toàn có thể chì có hiệu quả đối với một giới hạn vận tốc xác định. Trong trường hợp một chức năng giới hạn vận tốc bổ sung cho an toàn có thể là cần thiết.

Trong biến cố mà một hoặc một tổ hợp các biện pháp giảm rủi ro bị động hoặc chủ động không làm cho rủi ro giảm đi một cách thỏa đáng thì có thể cần đến các biện pháp giảm rủi ro khác, bao gồm cả các bộ phận bảo vệ hoặc bảo vệ bằng rào chắn.

Bất kỳ biến cố kẹp chặt nào giữa thiết bị rô bốt hợp tác và các vùng thân thể của người cũng phải xảy ra theo cách sao cho con người phải có khả năng thoát ra khỏi trạng thái kẹp chặt một cách độc lập và dễ dàng.

...

...

...

Thiết bị rô bốt phải được thiết kế để giảm rủi ro một cách thỏa đáng cho một người vận hành bằng cách không vượt quá các giá trị giới hạn của ngưỡng được áp dụng cho các tiếp xúc tựa tĩnh và chuyển tiếp như đã quy định bởi đánh giá rủi ro. Phụ lục A cung cấp thông tin về cách có thể xác định được các giá trị giới hạn của ngưỡng.

Các rô bốt duy trì hoạt động hợp tác với các giới hạn công suất và lực có thể được cung cấp theo cách bố trí các ngưỡng giới hạn, ví dụ, các ngưỡng giới hạn về lực, mômen xoắn, vận tốc, động lượng, công suất cơ học, các khoảng cách trục hoặc các khoảng không gian. Giảm rủi ro gắn liền với tiếp xúc chuyển tiếp có thể liên quan đến giới hạn vận tốc của các bộ phận chuyển động (như là rô bốt, các dụng cụ gia công hoặc chi tiết gia công) và thiết kế thích hợp của các đặc tính vật lý như diện tích bề mặt của bộ phận chuyển động có thể tiếp xúc với người vận hành. Giảm rủi ro gắn liền với tựa tĩnh có thể bao gồm các giới hạn vận tốc và các đặc tính vật lý tương tự như tiếp xúc chuyển tiếp, cộng với các đặc tính thiết kế của các bộ phận trong thiết bị rô bốt có liên quan đến khả năng bị kẹt hoặc bị kẹp của người vận hành hoặc vùng thân thể người vận hành.

Phải phân tích các giá trị giới hạn cho các biến cố tiếp xúc có liên quan trên các vùng thân thể bị phơi nhiễm đối với các giới hạn nghiêm ngặt nhất. Đây là các giá trị giới hạn của ngưỡng trong “trường hợp nguy hiểm nhất” cho các biến cố chuyển tiếp và tựa tĩnh phải được sử dụng trong xác định các mức giảm rủi ro thích hợp. Thiết kế hoặc các biện pháp phải được thực thi sao cho ảnh hưởng của các tiếp xúc đã nhận diện được duy trì ở mức bên dưới các giá trị giới hạn của ngưỡng này.

Hình 4- Biểu thị bằng đồ thị các lực hoặc áp lực chấp nhận được và không chấp nhận được

Nếu chuyển động của rô bốt dẫn đến kẹp chặt hoặc cặp chặt một vùng thân thể giữa một bộ phận của rô bốt và chi tiết khác trong khu vực dùng rô bốt thì vận tốc của rô bốt phải được giới hạn sao cho thiết bị rô bốt có thể tuân theo các giới hạn bảo vệ gắn liền với vùng thân thể bị phơi nhiễm như đã chỉ ra trên hình 4. Rô bốt cũng phải được trang bị phương tiện để người vận hành giải thoát vùng thân thể bằng tay.

Các giới hạn công thái học có thể khác so với các giới hạn cơ sinh học. Đối với các tiếp xúc hay xảy ra hoặc các trường hợp đặc biệt khác, các giá trị giới hạn áp dụng được của ngưỡng có thể được giảm đi thêm nữa tới một mức có thể chấp nhận được về mặt công thái học.

5.5.5.6  Các giới hạn vận tốc

Để giảm rủi ro gắn liền với các tiếp xúc chuyển tiếp, thiết bị rô bốt phải giới hạn vận tốc của các bộ phận chuyển động của rô bốt. Các giới hạn vận tốc phụ thuộc vào quán tính (khối lượng) và cỡ kích thước nhỏ nhất của vùng trên rô bốt có thể tiếp xúc với vùng thân thể bị phơi nhiễm. Hướng dẫn về cách xác lập các giới hạn vận tốc được cho trong Phụ lục A.

...

...

...

Về các yêu cầu kiểm tra và hợp thức hóa, xem TCVN 13229-2:2020 (ISO 10218-2:2011), Điều 6.

7  Thông tin cho sử dụng

7.1  Quy định chung

Các yêu cầu về thông tin cho sử dụng, xem TCVN 13229-1:2020 (ISO 10218-1:2011), Điều 7 và TCVN 13229-2:2020 (ISO 10218-2:2011), Điều 7.

7.2  Thông tin riêng cho các hoạt động của rô bốt hợp tác

Tài liệu đi kèm một thiết bị rô bốt hợp tác được hướng vào một ứng dụng hợp tác riêng. Thiết bị lấy tích phân phải cung cấp cho người sử dụng thông tin cần thiết về sử dụng thiết bị hợp tác. Thiết bị lấy tích phân phải bao gồm thông tin cho sử dụng các bộ phận bảo vệ an toàn và lựa chọn dạng hoạt động hợp tác cần cho hoạt động hợp tác. Thiết bị lấy tích phân phải cung cấp thông tin sau về thiết kế thiết bị ngoài các yêu cầu trong TCVN 13229-2:2020 (ISO 10218-2:2011), Điều 7:

a) Nhà sản xuất hoặc thiết bị lấy tích phân (nếu thiết bị lấy tích phân được thiết kế cho thiết bị rô bốt hợp tác);

b) Tổ chức tiến hành thử nghiệm (nếu thử nghiệm đã được tiến hành);

c) Kiểu rô bốt và mô tả tóm tắt về ứng dụng hợp tác;

...

...

...

7.3  Mô tả thiết bị rô bốt hợp tác

Phải lưu giữ tài liệu sau:

a) Các dữ liệu về đặc tính kỹ thuật cho sử dụng rô bốt hợp tác trong ứng dụng (bản mô tả, các bản vẽ và ảnh chụp);

b) Mô tả và các dữ liệu về đặc tính kỹ thuật cho các bộ phận bảo vệ an toàn được áp dụng cho không gian làm việc hợp tác;

c) Mô tả các bộ điều khiển để lựa chọn và không lựa chọn các loại hoạt động hợp tác có liên quan.

7.4  Mô tả ứng dụng địa điểm làm việc

Phải cung cấp các tài liệu sau:

a) Mô tả các điều kiện môi trường của không gian, các lối vào, lối ra, đường đi lại;

b) Mô tả thiết bị, hệ thống máy móc, máy móc, các chi tiết tùy chọn của thiết bị, các dụng cụ và các vật liệu cho sản xuất trong khu vực làm việc có liên quan đến ứng dụng và định vị các phương tiện này, bao gồm cả thiết bị rô bốt;

...

...

...

7.5  Mô tả tác vụ làm việc

Phải chứng minh bằng tài liệu cho các thông tin sau:

a) Mô tả tất cả các hoạt động làm việc hoặc vận hành có liên quan của người vận hành;

b) Mô tả các hoạt động làm việc hoặc vận hành có liên quan của thiết bị rô bốt hợp tác;

c) Đặc điểm của trình tự theo niên đại của tất cả các hoạt động làm việc, đặc biệt là các hoạt động trong phạm vi không gian làm việc hợp tác;

d) Tài liệu chứng minh cho các phép đo khoảng cách nguy hiểm giữa rô bốt và người trong tất cả các giai đoạn làm việc;

e) Bản mô tả hoặc bản vẽ của không gian làm việc hợp tác.

7.6  Thông tin riêng cho các ứng dụng giới hạn công suất và lực

Đối với các thiết bị rô bốt đáp ứng các yêu cầu của 5.5.5 và tuân theo hướng dẫn trong Phụ lục A, các yêu cầu sau phải được chứng minh bằng tài liệu:

...

...

...

1) trọng tải hiệu dụng (m_L);

2) khối lượng tổng của các bộ phận di động của rô bốt (M);

b) Các tình huống tiếp xúc biết trước và hợp lý thấy trước được giữa thiết bị rô bốt và người vận hành, bao gồm:

1) các vùng thân thể riêng có thể được tiếp xúc (xem Bảng A.1);

2) bản công bố về sự tiếp xúc là chuyển tiếp hoặc tựa tĩnh;

3) vùng bề mặt được dự tính hoặc các điều kiện về hình học gắn liền với các bề mặt tiếp xúc;

4) các giới hạn cơ sinh học lớn nhất cho phép gắn liền với tiếp xúc (xem Bảng A.2);

c) Các biện pháp giảm rủi ro được dự định lựa chọn:

1) các biện pháp giảm rủi ro chủ động hoặc bị động được khuyến nghị (xem 5.5.5.4):

...

...

...

Đối với các thiết bị rô bốt đáp ứng các yêu cầu của 5.5.5 khi sử dụng các phương pháp khác với hướng dẫn trong Phụ lục A, thông tin cho sử dụng phải bao gồm các dữ liệu và thông tin được dùng để xác lập chức năng giới hạn công suất và lực.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Các giới hạn cho tiếp xúc tựa tĩnh và chuyển tiếp

A.1  Quy định chung

TCVN 13229-2:2020 (ISO 10218-2:2011), 5.11.5.5, yêu cầu các thông số của công suất, lực và công thái học gắn liền với các thiết bị rô bốt được giới hạn về công suất và lực phải được xác định bằng đánh giá rủi ro. Thông tin về thiết kế thiết bị rô bốt hợp tác được cho trong 5.4.4.

Phụ lục này cung cấp hướng dẫn về cách xác lập các giá trị giới hạn của ngưỡng trên thiết bị rô bốt hợp tác, đặc biệt là trên các ứng dụng giới hạn công suất và lực. Giả thiết cơ bản đằng sau hướng dẫn này là các giới hạn trên thiết bị rô bốt hợp tác có thể được tính toán dựa trên các ngưỡng nhạy cảm với nỗi đau tại giao diện người - máy trong các tình huống khi xảy ra sự tiếp xúc này. Các giá trị giới hạn của ngưỡng này có thể được sử dụng để xác lập các giá trị giới hạn của áp lực và lực cho các vùng thân thể khác nhau khi sử dụng một mô hình thân thể. Sau đó các dữ liệu này có thể được tính toán ngoại suy để chỉnh đặt các giới hạn truyền năng lượng tại giao diện người/máy. Các giới hạn vận tốc sau đó có thể được quy định cho một rô bốt di chuyển qua một không gian làm việc hợp tác. Các giá trị giới hạn vận tốc có thể duy trì các giới hạn lực và áp lực ở dưới ngưỡng nhạy cảm với nỗi đau nếu đã xảy ra tiếp xúc với một người vận hành và một rô bốt.

Các giá trị giới hạn trong phụ lục này dựa trên các đánh giá dè dặt (vừa phải) và nghiên cứu khoa học về cảm giác đau đớn.

...

...

...

A.2  Mô hình thân thể

Giả thiết của đánh giá rủi ro cho các ứng dụng rô bốt hợp tác có công suất và lực được giới hạn là sự tiếp xúc không quan trọng giữa các bộ phận của thiết bị rô bốt hợp tác và người vận hành có thể xảy ra.

Xem xét ban đầu trong đánh giá rủi ro là để xác định tiếp xúc giữa rô bốt và người vận hành có thể xảy ra ở đâu trên thân thể người vận hành. Đây là trường hợp tới hạn (nguy kịch) vì các vùng thân thể khác nhau sẽ có các ngưỡng khác nhau về chịu tải trọng cơ sinh học mà không có thương tích nhỏ không chữa được.

Để đáp ứng yêu cầu đã nêu trên, phụ lục này đã đưa ra một mô hình thân thể bao gồm 29 vùng thân thể riêng được phân loại thành 12 vùng trên thân thể. Hình A.1 giới thiệu các vùng tiếp xúc trên mô hình thân thể, trong khi Bảng A.1 đưa ra các vùng thân thể riêng được phân loại thành các vùng thân thể phổ biến và được ký hiệu bằng các chữ số ở mặt trước hoặc mặt phía sau của thân thể.

A.3  Các giới hạn cơ sinh học

A.3.1  Quy định chung

Các giới hạn cơ sinh học được công bố để ngăn ngừa tải trọng cơ sinh học được bắt đầu bởi chuyển động của rô bốt để tạo ra tiềm năng gây thương tích không quan trọng cho người vận hành trong biến cố tiếp xúc giữa người vận hành và rô bốt.

Hình A.1 - Mô hình thân thể

...

...

...

A.3.2  Các giá trị lớn nhất của áp lực và lực

Bảng A.2 cung cấp các giá trị định lượng lớn nhất cho các tiếp xúc tựa tĩnh và chuyển tiếp giữa người và thiết bị rô bốt.

Các dữ liệu tiếp xúc trong Bảng A.2 không phản ánh bất cứ sự sử dụng nào đối với trang bị bảo vệ cá nhân hoặc bất cứ vận dụng nào khác ngoài quần áo đặc trưng cho môi trường làm việc.

Mặc dù Bảng A.2 cung cấp các dữ liệu cho tiếp xúc với mặt, sọ và trán, nhưng không cho phép tiếp xúc với các vùng này. Xem 5.5.5.3.

Bảng A.1 - Mô tả về mô hình thân thể

Vùng thân thể

Vùng thân thể riêng

Mặt trước/Mặt sau

Sọ và trán

...

...

...

Điểm giữa trán

Mặt trước

2

Thái dương

Mặt trước

Mặt

3

Bắp cơ nhai

Mặt trước

...

...

...

4

Bắp cơ cổ

Mặt sau

5

Đốt sống cổ thứ 7

Mặt sau

Lưng và vai

6

Khớp vai

...

...

...

7

Đốt sống thắt lưng thứ năm

Mặt sau

Ngực

8

Xương ức

Mặt trước

9

Bắp cơ ngực

...

...

...

Bụng

10

Bắp cơ bụng

Mặt trước

Khung chậu

11

Xương chậu

Mặt trước

Cánh tay trên và khớp khuỷu tay

...

...

...

Bắp cơ tam giác

Mặt sau

13

Xương cánh tay

Mặt sau

Cánh tay dưới và khớp cổ tay

14

Xương quay

Mặt sau

...

...

...

Bắp cơ cổ tay

Mặt sau

16

Dây thần kinh cánh tay

Mặt trước

Bàn tay và các ngón tay

17

Đệm ngón tay chỏ D^a

Mặt trước

...

...

...

Đệm ngón tay chỏ ND^a

Mặt trước

19

Khớp đầu mút ngón tay chỏ D^a

Mặt sau

20

Khớp đầu mút ngón tay chỏ ND^a

Mặt sau

21

...

...

...

Mặt trước

22

Gan lòng bàn tay D^a

Mặt trước

23

Gan lòng bàn tay ND^a

Mặt trước

24

Mu bàn tay D^a

...

...

...

25

Mu bàn tay ND^a

Mặt sau

Đùi và đầu gối

26

Bắp cơ đùi

Mặt trước

27

Xương bánh chè

...

...

...

Cẳng chân

28

Phần giữa cẳng chân

Mặt trước

29

Cơ bắp chân

Mặt sau

^a D= bên thân thể mạnh mẽ hơn; ND = bên thân thể kém mạnh mẽ hơn.

...

...

...

Vùng thân thể

Vùng thân thể riêng

Tiếp xúc tựa tĩnh

Tiếp xúc chuyển tiếp

Áp lực lớn nhất cho phép^a

p_s

n/cm₂

Lực lớn nhất cho phép^b

N

...

...

...

P_T

Bộ nhân lực lớn nhất cho phép^c

F_T

Sọ và trán^d

1

Điểm giữa trán

130

130

không áp dụng

...

...

...

2

Thái dương

110

không áp dụng

Mặt^b

3

Bắp cơ nhai

110

65

...

...

...

không áp dụng

Cổ

4

Bắp cơ cổ

140

150

2

2

5

...

...

...

210

2

Lưng và vai

6

Khớp vai

160

210

2

2

...

...

...

Đốt sống thắt lưng thứ năm

210

2

2

Ngực

8

Xương ức

120

140

...

...

...

2

9

Bắp cơ ngực

170

2

Bụng

10

Bắp cơ bụng

140

...

...

...

2

2

Khung chậu

11

Xương chậu

210

180

2

2

...

...

...

12

Bắp cơ tam giác

190

150

2

2

13

Xương cánh tay

220

...

...

...

Cánh tay dưới và khớp cổ tay

14

Xương quay

190

160

2

2

15

Bắp cơ cổ tay

...

...

...

2

16

Dây thần kinh cánh tay

180

2

Bàn tay và các ngón tay

17

Đệm ngón tay trỏ D

300

...

...

...

2

2

18

Đệm ngón tay trỏ ND

270

2

19

Khớp đầu mút ngón tay trỏ D

280

...

...

...

20

Khớp đầu mút ngón tay trỏ ND

220

2

21

Gõ lòng bàn tay

200

2

22

...

...

...

260

2

23

Gan lòng bàn tay ND

260

2

24

Mu bàn tay D

200

...

...

...

25

Mu bàn tay ND

190

2

Đùi và đầu gối

26

Bắp cơ đùi

250

220

...

...

...

2

27

Xương bánh chè

220

2

Cẳng chân

28

Phần giữa cẳng chân

220

...

...

...

2

2

29

Cơ bắp chân

210

2

^a Các giá trị cơ sinh học này là kết quả nghiên cứu do trường đại học Mainz tiến hành trên các mức đau đớn ập tới. Mặc dù nghiên cứu này đã được thực hiện khi sử dụng các kỹ thuật thử nghiệm có kỹ xảo, các giá trị đã chỉ ra ở đây là kết quả của một nghiên cứu đơn lẻ về một lĩnh vực đề tài chưa có cơ sở nghiên cứu mở rộng. Đã có dự định sẽ tiến hành các nghiên cứu bổ sung trong tương lai nhằm sửa đổi các giá trị này. Thử nghiệm đã được tiến hành với 100 đối tượng thử là người trường thành khỏe mạnh trên 29 vùng thân thể riêng và đối với mỗi một trong các vùng thân thể, các giới hạn của áp lực và lực cho tiếp xúc tựa tĩnh đã được xác lập khi đánh giá lúc bắt đầu của các ngưỡng đau đớn. Các giá trị áp lực lớn nhất cho phép được chỉ ra ở đây biểu thị phân vị thứ 75 của phạm vi các giá trị ghi được cho một vùng thân thể riêng. Các giá trị này được xác định là các đại lượng vật lý tương ứng với khi các áp lực tác dụng vào vùng thân thể riêng tạo ra cảm giác tương ứng với lúc bắt đầu đau. Các áp lực lớn nhất dựa trên các phép tính trung bình với độ phân giải 1mm^2. Các kết quả nghiên cứu dựa trên một thiết bị thử sử dụng một bề mặt mẫu thử phẳng (kim loại) (1,4x1,4) cm có bán kính 2mm tiện tất cả bốn cạnh. Một thiết bị thử khác có khả năng cho ra các kết quả khác. Để biết chi tiết hơn về nghiên cứu này, xem Tài liệu tham khảo [5].

^b Có thể thu được các giá trị của lực lớn nhất cho phép từ nghiên cứu do một tổ chức độc lập thực hiện (xem Tài liệu tham khảo [6]), dựa vào 188 nguồn. Các giá trị này chỉ có liên quan đến các vùng thân thể mà không liên quan đến nhiều vùng thân thể riêng. Lực lớn nhất cho phép dựa trên tiêu chuẩn truyền năng lượng thấp nhất có thể dẫn đến một thương tích nhỏ như vết thâm tím, tương đương với mức nghiêm trọng 1 trên Thang Thương Tích viết tắt (AIS) được xác lập bởi Hiệp hội về sự tiến bộ của y học tự vận động. Tôn trọng các giới hạn sẽ ngăn ngừa xảy ra sự xuyên vào da hoặc mô mềm dẫn đến các vết thương chảy máu, gây xương hoặc các tổn hại khác của bộ xương và sẽ ở dưới mức AIS 1. Trong tương lai các giới hạn này sẽ được thay thế bằng các giá trị từ nghiên cứu đặc trưng hơn cho các rô bốt hợp tác.

^c Giá trị của bộ nhãn cho tiếp xúc chuyển tiếp đã thu được dựa trên các nghiên cứu đã chỉ ra răng các giá trị giới hạn chuyển tiếp ít nhất có thể lớn hơn hai lần các giá trị tựa tĩnh đối với lực và áp lực. Về các nội dung chi tiết của nghiên cứu, xem Tài liệu tham khảo [2], [3], [4] và [7].

...

...

...

A.3.3  Quan hệ giữa áp lực và lực

Để đánh giá kịch bản tiếp xúc cho đánh giá rủi ro của rô bốt hợp tác cần tính toán và xem xét cả hai giá trị lực và áp lực.

VÍ DỤ 1  Trong biến cố một người vận hành xâm nhập vào vùng dụng cụ của một thiết bị rô bốt đang vận hành, các bàn tay có thể bị kẹp bởi các bộ phạn của dụng cụ hoặc chi tiết gia công. Giá trị của lực được tạo ra có thể thấp hơn nhiều so với giá trị giới hạn của ngưỡng lực. Trong trường hợp này giới hạn áp lực cũng có thể là yếu tố giới hạn.

VÍ DỤ 2  Trong biến cố tiếp xúc giữa một vùng thân thể với bề mặt máy có đệm lót có diện tích bề mặt tương đối lớn hoặc một vùng thân thể có tỷ lệ mô mềm cao hơn (như là bụng), giá trị của áp lực được tạo ra có thể thấp hơn nhiều so với giá trị giới hạn của ngưỡng áp lực. Trong trường hợp này giới hạn của lực cũng có thể là yếu tố giới hạn.

Để giảm tiềm năng của áp lực cao tác dụng vào người vận hành, thiết bị rô bốt, bao gồm cả chi tiết gia công nên có diện tích bề mặt càng cao càng tốt. Sự lót thêm đệm có thể làm cho diện tích bề mặt tăng lên và dẫn đến áp lực thấp hơn.

Tiếp xúc giữa các bộ phận cứng chắc của thiết bị rô bốt và các bộ phận thân thể người có thể dẫn đến sự phân bố áp lực không đồng đều (các giá trị đỉnh của áp lực) trên bề mặt tiếp xúc. Trong các trường hợp này sự xuất hiện áp lực lớn nhất (đỉnh) trên vùng tiếp xúc là tất nhiên.

Các giới hạn của áp lực và lực cho trong tiêu chuẩn này không bị hạn chế cho một bề mặt riêng hoặc đường cong của cạnh, về các hạn chế trên các bộ phận của thiết bị rô bốt hợp tác có các cạnh sắc như các dao và chi tiết hình kim, xem 5.5.5.3.

A.3.4  Mối quan hệ giữa các giới hạn cơ sinh học và truyền năng lượng trong quá trình tiếp xúc chuyển tiếp

Có thể sử dụng các giá trị trong Bảng A.2 để phê chuẩn đặc tính của một thiết bị rô bốt trong tình huống tiếp xúc tựa tĩnh khi sử dụng các dụng cụ đo trên thiết bị rô bốt.

...

...

...

Để mô tả kịch bản tiếp xúc này có thể sử dụng một mô hình hai thân thể như đã phác họa trên Hình A.2. Trong mô hình, khối lượng hiệu dụng của rô bốt, m_R, di chuyển tới tiếp xúc với khối lượng hiệu dụng của vùng thân thể người, m_H, ở một vận tốc vecto tương đối, v_rel, ngang qua vùng bề mặt hai chiều A dẫn đến trạng thái tiếp xúc được giả thử là hoàn toàn không đàn hồi tương đương với giả thiết cho trường hợp xấu nhất. Động năng tương đối được giả thiết là lắng đọng trong vùng thân thể bị ảnh hưởng.

Về mục đích của mô hình tiếp xúc, m_R, có thể được đánh giá ở mức vừa phải là một hàm số của dung lượng có ích của thiết bị rô bốt (bao gồm cả chi tiết gia công) và khối lượng của các bộ phận chuyển động của rô bốt; m_H, có thể được đánh giá như một hàm số của khối lượng thực của vùng thân thể và các tác dụng của vùng thân thể được kết nối với các vùng thân thể khác; các tính toán như đã nêu trên được mô tả chi tiết trong phụ lục này.

Về các mục đích của mô hình hóa, các khối lượng hiệu dụng và các hằng số đàn hồi dùng để biểu thị các vùng thân thể người như đã chỉ ra trong Bảng A.3. Các giá trị hằng số đàn hồi của thân thể cao hơn trong vùng thân thể có tỷ lệ mô mềm cao hơn, các mô mềm này có thể biến dạng và hấp thu các tiếp xúc.

CHÚ THÍCH  Các hằng số đàn hồi đã dẫn ra có hiệu lực cho các diện tích tiếp xúc xấp xỉ bằng 1 cm^2.

Các giá trị khối lượng hiệu dụng biểu thị một tổ hợp khối lượng của vùng thân thể cùng với các tác dụng của sự liên kết với nhau của vùng thân thể với các vùng thân thể lân cận, đặc biệt là tổ hợp này có liên quan đến khả năng di chuyển của vùng thân thể theo cùng một hướng (chiều) véc tơ tiếp xúc khi xảy ra tiếp xúc.

Chú dẫn

A

...

...

...

m_H

khối lượng hiệu dụng của vùng thân thể người

m_R

khối lượng hiệu dụng của rô bốt là một hàm của tư thế và chuyển động của rô bốt

v_vel

vận tốc tương đối giữa rô bốt và vùng thân thể người

Hình A.2 - Mô hình tiếp xúc cho tiếp xúc chuyển tiếp

Bảng A.3 - Các khối lượng hiệu dụng và các hằng số đàn hồi cho mô hình thân thể

Vùng thân thể

...

...

...

K

N/mm

Khối lượng hiệu dụng

m_H

kg

Sọ và trán

150

4,4

Mặt

...

...

...

4,4

Cổ

50

1,2

Lưng và vai

35

40

Ngực

25

...

...

...

Bụng

10

40

Khung chậu

25

40

Cánh tay trên và khớp khuỷu tay

30

3

...

...

...

40

2

Bàn tay và các ngón tay

75

0,6

Đùi và đầu gối

50

75

Cẳng chân

...

...

...

75

CHÚ THÍCH  Các giá trị khối lượng cho đùi, đầu gối và cẳng chân được chỉnh đặt cho toàn bộ khối lượng thân thể vì các bộ phận thân thể này không tự do bật lại hoặc co lại trong khi người vận hành đang đứng.

Đối với mỗi vùng thân thể, năng lượng truyền lớn nhất cho phép có thể được tính toán như là một hàm số của các giá trị lực lớn nhất hoặc áp lực lớn nhất được chỉ ra trong Bảng A.2 khi sử dụng Công thức (A.1):

(A.1)

trong đó:

E

là năng lượng truyền;

F_max

...

...

...

P_max

là áp lực tiếp xúc lớn nhất cho khoảng thân thể riêng (xem Bảng A.3);

k

là hằng số đàn hồi hiệu dụng cho vùng thân thể riêng (xem Bảng A.3);

A

là khoảng tiếp xúc giữa rô bốt và vùng thân thể.

Áp dụng Công thức (A.1) cho các giá trị tiếp xúc chuyển tiếp trong Bảng A.2 dẫn đến truyền các giá trị giới hạn của năng lượng cho mỗi vùng thân thể như đã chỉ ra trong Bảng A.4.

Bảng A.4 - Các giá trị giới hạn năng lượng dựa trên mô hình riêng thân thể

Vùng thân thể

...

...

...

E

J

Sọ và trán

0,23

Mặt

0,11

Cổ

0,84

Lưng và vai

...

...

...

Ngực

1,6

Bụng

2,4

Khung chậu

2,6

Cánh tay trên và khớp khuỷu tay

1,5

Cánh tay dưới và khớp cổ tay

...

...

...

Bàn tay và các ngón tay

0,49

Đùi và đầu gối

1,9

Cẳng chân

0,52

A.3.5  Mối quan hệ giữa năng lượng truyền và vận tốc rô bốt trong quá trình tiếp xúc chuyển tiếp

Một khi xác lập được giá trị giới hạn năng lượng truyền cho kịch bản tiếp xúc thì có thể sử dụng năng lượng này để xác định vận tốc lớn nhất tại đó rô bốt có thể di chuyển qua không gian làm việc hợp tác trong khi vẫn duy trì được các giá trị của lực và áp lực có tiềm năng ở bên dưới các giới hạn của ngưỡng trong Bảng A.2, nếu đã xảy ra tiếp xúc giữa thiết bị rô bốt hợp tác và người vận hành.

Giả thiết đứng sau sự thu được giới hạn vận tốc cho tiếp xúc là làm cân bằng năng lượng đàn hồi của vùng thân thể người với tổng động năng ở tâm của tọa độ khối lượng với giả thiết là tiếp xúc không đàn hồi hoàn toàn. Năng lượng trong mô hình này được biểu thị như công thức (A.2):

...

...

...

(A.2)

trong đó

là vận tốc tương đối giữa rô bốt và vùng thân thể người;

μ

là khối lượng rút gọn của hệ hai thân thể được biểu thị bởi Công thức (A.3):

(A.3)

trong đó

...

...

...

là khối lượng hiệu dụng của vùng thân thể người (xem Bảng A.3);

m_R

là khối lượng hiệu dụng của rô bốt là một hàm số của tư thế và chuyển động của rô bốt (xem Hình A.3) được biểu thị bởi Công thức (A.4):

(A.4)

trong đó

m_L

là tải trọng hiệu dụng của thiết bị rô bốt, bao gồm cả bộ dụng cụ và chi tiết gia công;

M

...

...

...

CHÚ THÍCH  Các giá trị cho m_L và M được yêu cầu trong thông tin cho sử dụng (xem 7.6).

Chú dẫn

mL

trọng tải hiệu dụng của thiết bị rô bốt.

M

tổng khối lượng của các bộ phận chuyển động của rô bốt

ω

vận tốc quay

...

...

...

Như vậy, khi giải Công thức (A.2) đối với v_rel sẽ thu được Công thức (A.5):

(A.5)

trong đó p là giá trị áp lực lớn nhất cho phép (xem Bảng A.2):

Vận tốc này có thể được quy định một cách trực tiếp theo các giá trị lớn nhất cho phép trong Công thức (A.6):

(A.6)

Để áp dụng Công thức (A.6), trước tiên cần tính toán khối lượng rút gọn của hệ hai thân thể, μ, dựa trên m_R và m_H, xác định p_max dựa trên các giá trị cho trong Bảng A.1, sau đó xác định k dựa trên các giá trị cho trong Bảng A.3.

Khoảng tiếp xúc A được xác định là khoảng nhỏ hơn trong các khoảng bề mặt của rô bốt hoặc người vận hành, ở trạng thái khi khoảng bề mặt tiếp xúc của thân thể nhỏ hơn khoảng bề mặt tiếp xúc của rô bốt, như các bàn tay hoặc các ngón tay của người vận hành thì phải sử dụng khoảng bề mặt tiếp xúc của thân thể. Nếu tiếp xúc giữa nhiều vùng thân thể có các khoảng tiếp xúc bề mặt có tiềm năng khác nhau có thể xảy ra thì phải sử dụng giá trị A sinh ra v_rel,max thấp nhất.

...

...

...

Bảng A.5 - Ví dụ về các giá trị giới hạn của vận tốc tiếp xúc chuyển tiếp dựa trên mô hình thân thể

Vùng thân thể

Giới hạn vận tốc là một hàm số của khối lượng hiệu dụng của rô bốt dựa trên giá trị áp lực lớn nhất với diện tích 1 cm^2

mm/s

1

2

5

10

15

...

...

...

Bàn tay/ngón tay

2 400

2 200

2 000

2 000

2 000

1 900

Cánh tay dưới

2 200

...

...

...

1 500

1 400

1 400

1 300

Cánh tay trên

2 400

1 900

1 500

1 400

...

...

...

1 300

Bụng

2 900

2 100

1 400

1 000

870

780

Khung chậu

...

...

...

1 900

1 300

930

800

720

Cẳng chân trên

2 000

1 400

920

...

...

...

560

500

Cẳng chân dưới

1 700

1 200

800

580

490

440

...

...

...

1 700

1 200

790

590

500

450

Ngực

1 500

1 100

...

...

...

520

440

400

Hình A.4 - Biểu thị bằng biểu đồ giới hạn vận tốc tính toán dựa trên mô hình thân thể

Trong một số trường hợp, trong quá trình tiếp xúc tựa tĩnh có thể có một giá trị đỉnh của lực hoặc áp lực, gồm có một khoáng thời gian rất ngắn, khi m_H và m_R đạt được truyền năng lượng ở trạng thái cân bằng trong giai đoạn kẹp. Nếu xuất hiện một giá trị đỉnh của lực hoặc áp lực ban đầu và giá trị này có thể đo được bằng các dụng cụ đo để phân biệt được với lực hoặc áp lực ban đầu từ lực hoặc áp lực ở trạng thái cân bằng từ giá trị của lực hoặc áp lực ban đầu phải được giới hạn bởi giá trị tiếp xúc chuyển tiếp có liên quan.

A.3.6  Các giới hạn cho mô hình thân thể

Mô hình thân thể là một phương tiện mà các bộ lấy tích phân của các thiết bị rô bốt hợp tác có thể sử dụng các nguyên lý khoa học để chỉnh đặt các giới hạn thích hợp gắn liền với các đánh giá rủi ro về công suất và lực đã hạn chế các hoạt động của rô bốt hợp tác.

Hơn nữa, mô hình thân thể được đưa ra như một phương tiện nhờ đó một bộ lấy tích phân của rô bốt có thể áp dụng các nguyên lý khoa học và tính gần đúng đã tiêu chuẩn hóa cho các xem xét gắn liền với một đánh giá rủi ro có liên quan đến tình huống tiếp xúc theo giả thuyết giữa một người vận hành và một rô bốt giới hạn công suất và lực.

...

...

...

Mô hình tiếp xúc hai thân thể dùng cho phân tích tiếp xúc chuyển tiếp giả thiết rằng vùng bề mặt tiếp xúc giữa một rô bốt và một bộ phận thân thể người là bằng phẳng, có sự phân bố áp lực đồng đều ngang qua vùng bề mặt. Hiện đang có chương trình nghiên cứu đánh giá các ảnh hưởng của hình dạng hình học khác nhau và các cấu hình tiếp xúc gắn liền với mô hình thân thể. Các trạng thái tiếp xúc thực tế, bao gồm cả hình dạng hình học của vùng tiếp xúc có thể cần được so sánh với các giá trị lực và áp lực trong Bảng A.2 thông qua các phép đo hoặc tính toán.

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] IEC/TS 62046:2008, Safety of machinery - Application of protective, equipment to detect the presence of persons (An toàn máy - Áp dụng các thiết bị bảo vệ để phát hiện sự hiện diện của người)

[2] EN 12453:2000, Industrial, commercial and garage doors and gates - Safety in use of power operated doors - Requirements (Các cửa ra vào và cửa công nghiệp, thương mại và gara - An toàn trong sử dụng các cửa ra vào vận hành bằng năng lượng (điện) - Yêu cầu)

[3] MEWES D.,& MAUSER F. Safeguarding Crushing Points by Limitation of Forces. Int. J. Occup. Saf. Ergon. 2003,9 9 (2) pp.177-191

[4] SUITA K., YAMADA Y., TSUCHIDA N., IKEDA H., SUGIMOTO N. A Failure-to-safety “Kyozon” system with simple contact detection and stop capabilities for safe human-autonomous robot coexistence. IEEE International Conference on Robotics and Automation 0-7803-1965-6/95.1995

[5] Research project No. FP-0317: Collaborative robots - Investigation of pain sensibility at the Man- Machine-Interface. Institute for Occupational, Social and Environmental Medicine at the Johannes Gutenberg University of Mainz, Germany. Final report December 2014

[6] BG/BGIA Risk assessment recommendations according to machinery diretive. Design of workplaces with collaborative robots. U 001/ 2009e October 2009 edition, revised February 2011 http://publikationen.dquv.de/dquv/pdf/10002/bq bgia empf u 001e.pdf

...

...

...

[8] REPORT No 88-5 USAARL Anthropometry and Mass Distribution for Human Analogues. Military Male Aviators, Vol. 1,1988.

[9] BEHRENS Roland, & ELKMANN Norber Experimented Verifikation der biomechanischen Belastungsgrenzen bei Mensch-Robotor-Kollisionen: Phase I, Fruanhofer-lnstitut fuer Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Magdeburg, October 2014