Collaborative Robots: Μία νέα πρόκληση για την εργονομία

0
229
Engineer hand using tablet with machine real time monitoring system software. Automation robot arm machine in smart factory automotive industrial Industry 4th iot , digital manufacturing operation.

Η συνεργασία ανθρώπου – ρομπότ (Α-Ρ) είναι ένα ραγδαία εξελισσόμενο τεχνολογικό πεδίο, και στόχος των ερευνητών είναι η ασφάλεια και η μεγιστοποίηση της απόδοσης, της αξιοπιστίας και της ανθεκτικότητας.

Του Λοΐζου Ψαράκη

 

Η συνεργασία ανθρώπου – ρομπότ χαρακτηρίζεται από τον κοινό χώρο εργασίας, τα κοινά σχέδια και τους κοινούς στόχους που κατανέμονται δυναμικά μεταξύ τους. Συνεπώς, η απαίτηση για αμοιβαία πρόβλεψη συμπεριφοράς για την καλή συνεργασία αλλά και για τη διατήρηση της ασφάλειας, καθίστανται αναγκαίες.

Αναμένεται να αυξηθεί η ανάγκη να εργάζονται οι άνθρωποι-χειριστές σε όλο και μεγαλύτερη εγγύτητα με ρομπότ, να αφαιρεθούν τα κιγκλιδώματα ασφαλείας και πιθανώς να μοιράζονται τον ίδιο φάκελο εργασίας (EU-OSHA 2015).

Σήμερα, αναπτύσσονται και ελέγχονται διάφορα συστήματα αισθητήρων και σχετικοί αλγόριθμοι ελέγχου για την αποφυγή και μείωση συγκρούσεων, ώστε να αντιμετωπιστούν τα ζητήματα ασφαλείας, παράλληλα με διάφορους τρόπους για την ενημέρωση / ειδοποίηση των χειριστών.

Επιπλέον, αυτές οι εξελίξεις συμπληρώνονται με νέες περιπτώσεις χρήσης, οι οποίες αναμένουν ότι αυτού του είδους η επαφή θα καταστεί αποδεκτή ή ακόμα και συνήθης (ISO/TS 15066:2016). Ωστόσο, οι εγγενείς δυσκολίες του να ελεγχθούν τα προβλήματα που παρουσιάζονται στο πεδίο, είχαν ως αποτέλεσμα να καθυστερήσει η υιοθέτηση στη βιομηχανία σε σχέση με τα πειραματικά αποτελέσματα.

 

Ρυθμιστικοί κανόνες και πρότυπα

Εξαιτίας της αυξημένης σύνθετης λειτουργίας των σύγχρονων ρομπότ-συνεργατών, αλλά και των νέων συνθηκών εργασίας που δημιουργούνται, καθίσταται αναγκαίος ο προσδιορισμός νέων ρυθμιστικών κανόνων και προτύπων. Για αυτό το λόγο ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) με το πρότυπο ISO 10218-1 (αναθεωρημένο το 2011) εισήγαγε για πρώτη φορά το 2006 την έννοια των συνεργατικών εφαρμογών μεταξύ ανθρώπου και ρομπότ, αναφέροντας κυρίως τις απαιτήσεις ασφαλείας που χρειάζονται για την χρήση των ρομποτικών συστημάτων. Σύμφωνα με αυτό ορίζονται:

Συνεργατικό ρομπότ: Το ρομπότ το οποίο χρησιμοποιείται σε συνεργατική λειτουργία.

Συνεργατική λειτουργία: Κατάσταση στην οποία ένα σχεδιασμένο ρομποτικό σύστημα και ένας άνθρωπος-χειριστής εργάζονται μέσα σε ένα συνεργατικό χώρο εργασίας.

Συνεργατικός χώρος εργασίας: Χώρος εντός του χώρου λειτουργίας στον οποίο το ρομποτικό σύστημα (συμπεριλαμβανομένου του τεμαχίου εργασίας) και ένας άνθρωπος μπορούν να εκτελούν ταυτόχρονα εργασίες κατά τη διάρκεια της παραγωγικής λειτουργίας.

Επιπρόσθετα, οι συμπληρωματικές τεχνικές προδιαγραφές ISO/TS 15066:2016 επικεντρώνονται στις συνεργατικές εφαρμογές ανθρώπου – ρομπότ σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Για πρώτη φορά επιτρέπεται η συνεργασία ανθρώπου – ρομπότ (Α-Ρ) σε κοινό χώρο εργασίας, αλλά παρέχονται οδηγίες για το σχεδιασμό και την οργάνωση του κοινού χώρου εργασίας, με σκοπό τη μείωση των κινδύνων. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές αυτές, οι συνεργασίες Α-Ρ μπορούν να περιλαμβάνουν μία ή περισσότερες από τις ακόλουθες μεθόδους ασφαλείας:

α) Παρακολούθηση και διακοπή βάσει ασφάλειας. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για να σταματήσει την κίνηση του ρομπότ μέσα στο συνεργατικό χώρο εργασίας, πριν ο χειριστής εισέλθει σε αυτόν.

β) Καθοδήγηση με το χέρι. Σε αυτή τη μέθοδο λειτουργίας, ένας χειριστής χρησιμοποιεί μια χειροκίνητη συσκευή για τη μετάδοση εντολών κίνησης στο ρομπότ.

γ) Παρακολούθηση ταχύτητας και διαχωρισμού. Σε αυτή τη μέθοδο λειτουργίας, το ρομπότ και ο χειριστής μπορούν να κινούνται ταυτόχρονα στον συνεργατικό χώρο εργασίας. Ο έλεγχος του κινδύνου σύγκρουσης επιτυγχάνεται διατηρώντας τουλάχιστον μια απόσταση προστασίας μεταξύ τους.

δ) Περιορισμός δύναμης και ισχύος. Σε αυτή τη μέθοδο λειτουργίας, η φυσική επαφή μεταξύ του ρομποτικού συστήματος και ενός χειριστή επιτρέπεται να συμβεί. Ο έλεγχος του κινδύνου επιτυγχάνεται μέσω εγγενώς ασφαλών μέσων του ρομπότ, διατηρώντας τους κινδύνους κάτω από κάποιες οριακές τιμές.

 

Αμοιβαία κατανόηση και επίγνωση της κατάστασης

Για την αποτελεσματικότερη και ασφαλέστερη συνεργασία μεταξύ του ανθρώπου και του ρομπότ, σημαντικό ρόλο διαδραματίζει η αμοιβαία κατανόηση και επίγνωση της κατάστασης. Αυτή ορίζεται ως «η αντίληψη των στοιχείων ενός περιβάλλοντος μέσα σε ένα χρονικό και χωρικό πλαίσιο, η κατανόηση του νοήματός τους και η προβολή της κατάστασής τους στο εγγύς μέλλον».

Ήδη, τα τελευταία χρόνια, ερευνητές έχουν στρέψει το ενδιαφέρον τους στην αμοιβαία αντίληψη της κατάστασης, μέσω πειραματισμού με σύνθετους μηχανισμούς συντονισμού Α-Ρ (οπτικούς, απτικούς, ακουστικούς κ.ο.κ.), αποδεικνύοντας την επίδραση της αμοιβαίας κατανόησης και επίγνωσης της κατάστασης στην αποδοτικότερη και ασφαλέστερη συνεργασία Α-Ρ.

 

Επικοινωνία στη συνεργασία Α-Ρ

Με τη ραγδαία πρόοδο της τεχνολογίας και των αισθητήρων, τα ρομπότ-συνεργάτες μπορούν να αντιληφθούν και να μεταδώσουν διάφορα τυπικά και άτυπα σήματα, είτε οπτικά είτε ηχητικά.

Εντούτοις, για την αποδοτικότερη και ασφαλέστερη συνεργασία Α-Ρ, αυτό δεν είναι αρκετό. Ο άνθρωπος και το ρομπότ αποτελούν δύο διαφορετικές οντότητες, που πρέπει κατά τη διάρκεια της συνεργασίας τους να διαθέτουν ένα μοντέλο πρόβλεψης για τον τρόπο που λειτουργεί η καθεμία, και πιθανά πρέπει να μαθαίνει και να εξελίσσεται ο κάθε φορά συνεργάτης τους.

Με άλλα λόγια, για την αποδοτικότερη συνεργασία Α-Ρ χρειάζονται αδιάλειπτα σήματα επικοινωνίας, παρόμοια με αυτά που παρατηρούνται στη συνεργασία ανθρώπου με άνθρωπο.

Σύμφωνα με τη θεωρία των προσλεκτικών πράξεων (Speech Act theory), η επικοινωνία μεταξύ δύο συνεργαζόμενων πρακτόρων χωρίζεται στα ακόλουθα επίπεδα επικοινωνίας:

Προειδοποιήσεις / προτροπές (π.χ. «Σταμάτα»).

Δηλώσεις (π.χ. «Θα κάνω αυτό»).

Προτάσεις (π.χ. «Προτείνω να κάνω αυτό» ή «Εσύ τι προτείνεις;»).

 

Απώτερος σκοπός είναι κατά τη διάρκεια της συνεργασίας οι δύο συνεργαζόμενοι πράκτορες να δημιουργήσουν ένα αμοιβαίο κοινό υπόβαθρο, μέσω του οποίου θα αντιλαμβάνονται ο ένας τον άλλο «απρόσκοπτα». Παραδείγματα τέτοιων σημάτων είναι: σωματική υποχώρηση / προβολή, «κιναισθητικός συντονισμός» σε κοινά χειρωνακτικά καθήκοντα, ένδειξη στόχου μέσω κατεύθυνσης του βλέμματος, «μη λεκτικές» εκφράσεις εξαρτώμενες από το συγκείμενο, νεύση του κεφαλιού, χειρονομίες σαν έναυσμα για γεγονότα, προγραμματιστικές ρουτίνες κλπ.

Αυτές οι υποτυπώδεις μορφές επικοινωνίας, μαζί με μία δομή κοινού καθήκοντος / στόχου, είναι κρίσιμες για την αδιάλειπτη συνεργασία μεταξύ ανθρώπων. Τα μελλοντικά σχήματα συνεργασίας Α-Ρ θα πρέπει να χρησιμοποιήσουν ανάλογες μορφές επικοινωνίας, οι οποίες θα πρέπει να εδραιωθούν και να ελεγχθούν κατ’ επανάληψη. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα τον περιορισμό των αποτυχιών / λαθών και την αδιάκοπη ροή της συνεργασίας –και άρα τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης.

 

 

ΜΟΤΟ

«Τα ρομπότ-συνεργάτες μπορούν να αντιληφθούν και να μεταδώσουν διάφορα τυπικά και άτυπα σήματα, είτε οπτικά είτε ηχητικά».

 

 

O κ. Λοΐζος Ψαράκης είναι υποψήφιος διδάκτορας ΕΜΠ στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.