Sicurezza dei robot per smart factory

Le isole, o celle robotizzate, sono sempre più diffuse in campo industriale, soprattutto in ottica “industria 4.0“; la loro progettazione deve seguire una norma specifica.

La direttiva macchine contempla non soltanto le macchine viste come unità singole ma anche quello che viene chiamato un insieme di macchine, ovvero un insieme di unità disposte e comandate in modo tale da avere un funzionamento solidale.

Gli insiemi di macchine, per essere correttamente marcati CE, devono essere dotati di:

• fascicolo tecnico;
• manuale di istruzioni;
• dichiarazione CE di conformità;
• marcatura CE.

La normativa UNI di riferimento

La norma di riferimento per le isole robotizzate è la UNI EN ISO 10218-2:2011.

Questa norma si applica ad insiemi che comprendono almeno un robot e altre macchine o quasi-macchine che lavorano in maniera coordinata con i robot.

Ma cos’è un robot? La norma UNI EN ISO 10218-1:2012 definisce robot un manipolatore multifunzione programmabile in tre o più assi.

Un aspetto fondamentale nella norma delle isole robotizzate è la definizione degli spazi.

Vengono definiti:

• lo spazio massimo;
• lo spazio operativo;
• lo spazio protetto;
• lo spazio ristretto.

Perché è importante la norma UNI EN ISO 10218-2:2011

La norma UNI EN ISO 10218-2:2011 specifica i requisiti di sicurezza per l’integrazione di robot; tale norma descrive i pericoli e le situazioni pericolose identificate con questi sistemi e fornisce i requisiti per eliminare i pericoli o ridurre adeguatamente i rischi.

Con riferimento ai possibili movimenti del robot ed ai relativi spazi, la norma UNI EN ISO 10218-2:2011 riporta le seguenti definizioni:

• spazio massimo (maximum space): spazio che può essere interessato dalle parti in movimento del robot come definito dal produttore, più lo spazio che può essere interessato dalla parte terminale del braccio e dal pezzo in lavorazione;
• spazio protetto (safeguarded space): spazio definito dalle protezioni perimetrali;
• spazio ristretto (restricted space): porzione dello spazio massimo delimitato da dispositivi che determinano dei limiti entro i quali il robot può muoversi;
• spazio operativo (operating space): porzione dello spazio ristretto all’interno del quale il robot si muove durante l’esecuzione del programma.

I requisiti di sicurezza per un’isola robotizzata

La zona di movimentazione massima del robot (maximum space) è generalmente più ampia della zona protetta mediante protezioni perimetrali (safeguarded space); in tali casi, la zona ristretta del robot (restricted space) deve essere limitata e, per quanto possibile, prossima alla zona operativa del robot (operating space).

Nel caso in cui le protezioni perimetrali vengano utilizzate come limite per i movimenti del robot, spazio protetto (safeguarded space) e spazio ristretto (restricted space) coincidono.

In corrispondenza delle stazioni di lavoro (ad esempio per il carico), possono essere richieste misure supplementari allo scopo di proteggere gli operatori (limiti dinamici, sensori di interblocco, ecc.).

I mezzi per limitare i movimenti del robot possono essere:

• mezzi integrati nel robot (safety-rated soft axis o fermi meccanici forniti dal fabbricante), oppure
• dispositivi supplementari.

Come limitazione del movimento del robot possono essere utilizzate le protezioni perimetrali, purché non possano essere deformate in modo pericoloso in caso di mancato arresto del robot; se ciò non è vero le protezioni perimetrali devono essere esterne alla zona di movimento.

Dispositivi progettati e costruiti per proteggere il robot (ad esempio sensori anti-collisione oppure dispositivi che rilevano le sovracorrenti) non sono adeguati ad essere utilizzati come dispositivi per limitare i movimenti dei robot, a meno che non siano conformi alle indicazioni di cui alla norma UNI EN ISO 10218-1:2012.

Le limitazioni software definiscono forme geometriche qualsiasi nelle quali il robot non può entrare o dalle quali il robot non può uscire.

Le limitazioni software di sicurezza dei movimenti dei robot possono essere utilizzate per determinare lo spazio ristretto, tenendo in considerazione le posizioni di arresto effettivo a velocità e carico massimi.

I sistemi che controllano il movimento sicuro degli assi devono soddisfare i requisiti per il PL=d e categoria 3 della norma UNI EN ISO 13849-1:2016 e devono essere modificabili solo da persone autorizzate.

La violazione dei limiti software di sicurezza deve provocare un arresto di sicurezza.

Le limitazioni dinamiche consistono nelle modifiche automatiche dello spazio ristretto durante una porzione del ciclo di lavoro della cella robotizzata.

Limitazioni dinamiche del movimento dei robot possono essere utili, ad esempio, in caso di robot che asservono più postazioni di carico / scarico manuale.

Mezzi per realizzare limitazioni dinamiche del movimento dei robot possono essere sensori azionati da camme, barriere fotoelettriche, laser scanner o fermi meccanici retraibili.

I circuiti di comando associati devono soddisfare il PL=d e la categoria 3 della norma UNI EN ISO 13849-1:2016 o il SIL 2 con tolleranza ai guasti 1 della norma CEI EN 62061:2005.

Le istruzioni per l’uso devono indicare chiaramente le limitazioni dinamiche del movimento dei robot adottate.

Riassumendo:

• la zona di movimento del robot deve essere limitata per mezzo di sistemi hardware o software conformi alla norma UNI EN ISO 10218-1:2012;
• possono essere utilizzati metodi alternativi che devono soddisfare il PL=d e la categoria 3 della norma UNI EN ISO 13849-1:2016 o il SIL 2 con tolleranza ai guasti 1 della norma CEI EN 62061:2005, tranne nel caso in cui la valutazione dei rischi giustifica criteri differenti;
• nella valutazione degli spazi di arresto del robot si deve considerare la massima velocità di movimento, tranne nel caso in cui la velocità sia limitata da un sistema di monitoraggio che soddisfi il PL=d e la categoria 3 della norma UNI EN ISO 13849-1:2016 o il SIL 2 con tolleranza ai guasti 1 della norma CEI EN 62061:2005, tranne nel caso in cui la valutazione dei rischi giustifica criteri differenti;
• quando vengono utilizzati dispositivi di arresto non meccanici, deve essere tenuto in considerazione l’effettivo punto di arresto dei robot, considerando il carico reale;
• come limitazione del movimento del robot possono essere utilizzate le protezioni perimetrali, purché non possano essere deformate in modo pericoloso in caso di mancato arresto del robot; se ciò non è vero le protezioni perimetrali devono essere esterne alla zona di movimento del robot;
• l’asse primario, ovvero quello con lo spostamento maggiore, deve essere limitato nei movimenti per mezzo di dispositivi meccanici la cui posizione deve essere regolabile;
• il secondo e terzo asse (ovvero quelli con secondo e terzo maggiore spostamento) devono poter essere limitati mediante dispositivi meccanici o non meccanici la cui posizione deve essere regolabile;
• i dispositivi di arresto meccanico devono essere in grado di fermare il movimento del robot con il carico nominale, alla massima velocità ed alla minima e massima estensione;
• la prova dei dispositivi di arresto meccanico deve essere effettuata senza l’ausilio di sistemi di arresto assistito;
• dispositivi di arresto non meccanico possono essere utilizzati solamente se garantiscono lo stesso livello di sicurezza dei dispositivi di arresto meccanico;
• esempi di dispositivi di arresto non meccanico sono fermi posizionati elettricamente, pneumaticamente o idraulicamente, barriere fotoelettriche, laser scanner.