Waar moet ik beginnen om mijn productie of magazijn met mobiele robots veiliger te maken?
Misschien voel je je in jouw organisatie als een robot in een onbekend terrein, zonder duidelijke signalen of aanwijzingen om je weg te vinden. Het meest optimale pad is vaak niet duidelijk, maar met meer dan 12 jaar mobiele robot ervaring heb ik een heldere en duidelijke visie ontwikkeld op het gebied van mobiele robot veiligheid.
Een belangrijke les: Het naleven van alleen normen garandeert niet de volledige veiligheid van een AGV/AMR-systeem.
Industriële omgevingen zijn vaak druk bezocht. AGV’s en AMR’s delen de werkvloer met menselijke operators, producten, ladingdragers en machines. De trajecten van operators kunnen onvoorspelbaar zijn. Het is gemakkelijk om het traject van een mobiele robot over te steken zonder het te realiseren, wat een risico op botsingen verhoogt. AMR’s zijn ontworpen om hun pad dynamisch te plannen, waardoor ze flexibeler zijn. Deze functionaliteit van AMR’s zorgt ervoor dat ‘mogelijk’ meer onbekende obstakels kan tegenkomen. Historische contactgevoelige mechanische bumpers en traditionele laserscanners (horizontaal) die tegenwoordig worden gebruikt, hebben beide beperkingen – ze detecteren bijvoorbeeld hangende objecten niet. Elke werkplek is uniek en levert verschillende gevaren en risico’s op. Het ontwerpen van een geschikte lay-out en veiligheidssystemen die wettelijk vereist zijn, omvat ook de opleiding van operators.
Het verschil tussen NEN-normen en NEN-EN-normen in Nederland
Normen zijn richtlijnen voor het ontwerp, de productie, implementatie en evaluatie van producten, processen en systemen. Het is essentieel om normen na te leven, omdat afwijkingen negatieve gevolgen kunnen hebben voor prestaties, betrouwbaarheid en de veiligheid. Normen worden ontwikkeld door nationale of internationale standaardisatieorganisaties zoals ISO en CEN. In Nederland werkt het Nederlands Normalisatie Instituut (NEN) samen met ISO. Een NEN-norm is een Nederlandse norm, terwijl een NEN-EN-norm een Europese norm is die in Nederland moet worden gebruikt. Een NEN-norm zonder “EN” is niet-geharmoniseerd en heeft geen “vermoeden van overeenstemming” met essentiële veiligheids- en gezondheidseisen. Een NEN-EN-norm heeft wel dit “vermoeden van overeenstemming” binnen de EU. De door CEN ontwikkelde normen zijn ingedeeld in type A-, type B- of type C-normen.
De vereisten van de Machinerichtlijn (2006/42/EG) voor AGV’s en AMR’s in Europa
Als je een machine, dus ook een AGV of AMR, in Europa op de markt brengt, moet deze voldoen aan de Machinerichtlijn (2006/42/EG). Deze norm heeft betrekking op de veiligheids- en gezondheidseisen van machines. Om ervoor te zorgen dat het ontwerp van een AGV/AMR veilig en niet-gevaarlijk is, is het aan te raden om het proces van EN ISO 12100:2010 te doorlopen. In de praktijk betekent dit het maken van een risicobeoordeling, deze bestaat onder andere uit een risicoanalyse en een risico-evaluatie. In het kader van AGV’s bestaat De NEN-EN-ISO 3691-4:2023 norm: ‘Gemotoriseerde transportwerktuigen – Veiligheidseisen en verificatie – Deel 4: Bestuurderloze transportwerktuigen en hun systemen’ is een Type C-norm. Overigens is de US equivalent de ANSI B56.5-2019: Safety standard for driverless, automatic guided industrial vehicles and automated functions of manned industrial vehicles.
Hoe wordt veiligheid in een AGV/AMR voertuig geïntegreerd?
AGV’s en AMR’s bewegen guided (begeleid) of autonoom, daarom zijn er sensor technologieën en maatregelen nodig om obstakels te detecteren. Op deze manier zijn de voertuigen in staat om veilig door hun werkgebied te bewegen.
OEM bedrijven verdelen de AMR/AGV-veiligheid veelal in twee veiligheidszones. De eerste zone bevindt zich in de directe omtrek van het voertuig waar bumpersensoren en noodstopschakelaar het voertuig stoppen. Daarin is de voertuigbehuizing een passieve veiligheid. De tweede veiligheidszone is de laserscanner in combinatie met een veiligheids-PLC die de richting en snelheid van de robot evalueert op basis van signalen van veiligheidsencoders en veiligheidsscanners. Passieve veiligheidssystemen zijn ook inbegrepen, zoals rood, geel, groen en blauwe waarschuwingslichten of hoorbare waarschuwingen/alarmsignalen. De tweede zone heeft zijn beperkingen omdat laserscanners een 2D plat vlak scannen. Daardoor is het vermogen om de volledige omgeving in kaart te brengen en te begrijpen beperkt.
TIP: wil je meer weten over de beperkingen van laserscanners in relatie tot obstakels lees dan in dit artikel de paragraaf: ‘Welke obstakels kun je verwachten in een fabriek of magazijn?’.
De functie van veiligheidslaserscanners
Veiligheidslaserscanners maken veilige, contactloze detectie van mensen en obstakels mogelijk, zelfs op grote afstand voor het voertuigpad, waardoor hogere snelheden mogelijk zijn. Ze zorgen ervoor dat machines of voertuigen veilig vertragen of stoppen zodra een persoon, lichaamsdeel of obstakel binnen het ‘Protective Field’ wordt gedetecteerd.
Veiligheidslaserscanners werken op basis van het ’time-of-flight’ meetprincipe, ze zenden een lichtpuls uit die wordt gereflecteerd en gedetecteerd. De tijd die nodig is om het licht te weerspiegelen wordt gemeten. Een draaiende spiegel beweegt de lichtstraal rond, waardoor metingen in één vlak mogelijk zijn. Hierdoor kan de scanner een omgevingsprofiel maken en kunnen gebruikers dynamisch verschillende veiligheidszones instellen.
Veiligheidslaserscanners zijn beschikbaar in 2D (Planar) en 3D. 3D-laserscanners zijn duurder dan 2D-versies. In de NEN-EN-ISO 3691-4:2023 worden laserscanners aangeduid als Electro Sensitive (non-contact) Protective Equipment (ESPE).
Belangrijke aspecten uit de NEN-EN-ISO 3691-4 norm
De NEN-EN-ISO 3691-4:2023 norm, een Type C norm, heeft voorrang op Type A- en B-normen en is relevant voor machinebouwers en eindgebruikers. De norm beschrijft ‘driverless industrial trucks’, zoals AGV’s en AMR’s en benadrukt risicoreductie en de noodzaak van gebruikersinformatie over veiligheidsmaatregelen.
Hoofdstuk 4 behandelt algemene veiligheidseisen en beschermende maatregelen. Bijlage A wordt vaak aangehaald voor essentiële elementen zoals remsystemen, snelheidsbeheer, load handling, stabiliteit en persoonsdetectie, die cruciaal zijn voor een veilige mobiel robot systeem. Hoofdstuk 6 beschrijft het verstrekken van informatie aan de eindgebruiker zoals handleidingen, signaleringen, trainingen, service en onderhoud. De norm heeft vijf bijlagen.
Bijlage A behandelt de vereisten voor 4 operationele zones: ‘Operating Zone’, ‘Operating Hazard zone’, ‘Restricted zone’, en ‘Confined zone’. Voor het waarborgen van een veilig AGV/AMR-systeem is volledige aandacht voor drie essentiële aspecten nodig:
- de operationele omgeving – het definiëren van de 4 operationele zones.
- gevaren & risico beoordeling – het identificeren van de gevaren en risico’s.
- de veiligheidssystemen – het garanderen van een juiste implementatie.
Welke obstakels kun je verwachten in een fabriek of magazijn?
Volgens de Europese veiligheidsnorm NEN-EN-ISO 3691-4:2023 worden mensen en cilindrische objecten als obstakels genoemd. Deze worden goed gedetecteerd met een laserscanner. In industriële omgevingen zijn er echter meer obstakels zoals uitstekende constructies, hangende objecten, blokkeertape, dozen of ladders. Deze hebben vaak een dunne structuur. Voor een veilige en productieve werkomgeving moeten meer obstakels worden vermeden dan alleen de norm vermeldt. Het ontwerpen van een robot die alle obstakels kan detecteren is lastig en duur. Daarom is een zorgvuldige aanpak nodig om botsingen van AGV’s of AMR’s te voorkomen.
Een mogelijke oplossing is om de omgeving aan te passen zodat het veiligheidssysteem van de robot beter werkt volgens de norm. Dit kan echter duur zijn en vereist discipline van werknemers. Een andere manier is om obstakels te verdelen in 4 zones en 7 categorieën (zie Scenario 0):
- Regio I: Hangende, buiten bereik en tijdelijke objecten.
- Regio II: Vloer, positieve (cilinder/mens in norm), negatieve, uitstekende, tijdelijke objecten.
- Regio III: Vloer, positieve en tijdelijke objecten.
- Regio IV: Negatieve objecten
In ‘Scenario 1’ detecteert een horizontaal gemonteerde 2D-laserscanner positieve (A) objecten. Kleine objecten in regio III, zowel positief als negatief, worden vaak genegeerd. Voor objecten E, F en G is een andere technologie nodig. Een klassiek voorbeeld in ‘Scenario 2’ zijn de vorken van een vorkheftruck (F). Een oplossing is een verticale 2D-laserscanner of ‘Solid State Multi Beam’ scanner toe te voegen, maar dit is duurder en biedt nog steeds geen volledige dekking. Daarom is voor hangende (E), uitstekende (F) en tijdelijke (G) objecten een 3D-detectiesysteem beter, zoals in ‘Scenario 3’.
Komen AGV/AMR-ongelukken voor in industriële omgevingen?
De overgang van manueel transport naar een AGV/AMR-systeem verhoogt niet alleen de productiviteit, maar vermindert ook ongevallen in productie- en magazijnomgevingen. Bij een ongeval met een mens is er vaak meer begrip dan bij een ongeluk veroorzaakt door een geautomatiseerd systeem.
AGV of AMR ongelukken
Een warehouse website schreef in januari 2024: ‘Werken met Autonomous Mobile Robots (AMR) en Automated Guided Vehicles (AGV) is heel veilig.‘ Maar soms gaat het nog bijna mis of, zoals recent bij een voedingsmiddelenbedrijf, verschrikkelijk mis’. De VDMA Materials Handling and Intralogistics Association adviseert dat alle AGV-/AMR-fabrikanten universele signalen en waarschuwingssystemen gebruiken. ‘Alle machines, ongeacht het merk, moeten dezelfde toeters, bellen en visuele waarschuwingen hanteren.’
Hulp nodig met robotisering?
De stap naar robotisering kan overweldigend zijn, daarom sta ik klaar om jou te helpen!
De menselijke factor bij het ontwerpen van AGV/AMR-systemen
Het is belangrijk om de rol van mensen bij het ontwerp van AGV/AMR-systemen te benadrukken. Volgens de ISO-norm wordt een werknemer gezien als ‘persoon’ in relatie tot technologieën zoals sensoren, remsystemen en noodstop. Een multidisciplinaire aanpak biedt belangrijke inzichten om veiligheid in alle ontwikkelfasen van een AGV/AMR te waarborgen. Daarom is het vanaf het begin verstandig om engineers, werknemers en veiligheidsexperts actief te betrekken. Dit zorgt voor verschillende invalshoeken tijdens de ontwerp- en implementatiefase van het AGV/AMR-systeem.
Bijvoorbeeld, de ontwerpfactor ‘AGV/AMR- en menselijke path-afscheiding’ heeft voor verschillende rollen een andere betekenis. Voor de engineer betekent dit het ontwikkelen van een optimale lay-out voor systeemperformance. De veiligheidsexpert focust op het implementeren van alle wettelijke veiligheidsmaatregelen. De werknemer, die direct beïnvloed wordt door het ontwerp volgt de verstrekte veiligheidsrichtlijnen en regels.
Voor het optimaliseren van de layout speelt de FleetManager van een AGV/AMR-systeem een cruciale rol in het beheren van onder andere de snelheid en zoneringen. Zones in de lay-out verdelen robot paden in zones waarin slechts één AGV mag zijn om botsingen te voorkomen.
7 belangrijke veiligheidsissues in AGV/AMR projecten
In een onderzoek waar een engineer, een werknemer en een veiligheidsexpert bij betrokken waren, zijn zeven belangrijke veiligheidsproblemen gevonden gerelateerd aan een AGV/AMR-implementatie.
- Te smalle paden
- Gevaarlijk en willekeurig oversteken van mensen
- AGV/AMR-geluiden
- Laag aantal trainingssessies
- Overtreden van regels
- Hoog risico incidenten
- Vertragingen en wachttijden in de productiestroom
Het meest genoemde probleem zijn (te) smalle gangpaden en willekeurige oversteekplaatsen voor mensen. Een scheiding van mobiele robots en mensen kan een geschikte oplossing zijn. Het is noodzakelijk om de kennis en training van operators met betrekking tot AGV/AMR-functionaliteiten te verbeteren om de tevredenheid van operators en daarmee de productiviteit en veiligheid te vergroten.
Omdat AGV/AMR-voertuigen en -systemen verschillen, is samenwerking met experts in intralogistiek, mobiele robots en veiligheid cruciaal. Zij kunnen advies geven aan engineers, klanten en werknemers die met AGV’s en AMR’s werken. Het integreren van een AGV- of AMR-systeem in een lay-out vereist veel expertise vanwege de vele complexe onderlinge afhankelijkheden. De Mobile Robot Factory Check (MRFC) optimaliseert de samenhang tussen mens, robot, lay-out, proces, hardware en software. De MRFC brengt de relatie tussen veiligheids- en gezondheidseisen en de systeemperformance in kaart.
Ben je benieuwd naar mijn manier van werken? Kijk dan eens naar mijn Totaalaanpak voor maakbedrijven, magazijnen en ziekenhuizen of de LMTRF-methode voor robot integratoren en machinebouwers.
6 tips voor het verbeteren van de AGV/AMR veiligheid
- Begrijp wat sensoren wel en niet kunnen detecteren en bepaal de juiste positie(s) op het voertuig
- Betrek engineers, operationele werknemers van de eindgebruiker en veiligheidsexperts.
- Voorspel werknemersroutes op basis van productieschema’s.
- Organiseer bedrijfsprocessen om naleving van veiligheids- en gezondheidseisen te waarborgen.
- Selecteer passende operationele zones uit de NEN-EN-ISO 3691-4:2023 norm.
- Ontwikkel een extra actief of passieve veiligheidssysteem, bijvoorbeeld met 3D camera’s*.
*Hoewel er veel werk wordt verricht aan obstakeldetectie voor mobiele robots zoals AGV’s of AMR’s, bestaat er nog geen gecertificeerde 3D-sensor met een veiligheidsbeoordeling ‘die’ is opgenomen in de NEN-EN-ISO 3691-4:2023 norm.
Ontwikkel obstakeldetectie technologie en blijf voorop
Extra obstakeldetectietechnologie vergroot het vertrouwen in autonome mobiele robots bij je klanten en op de markt. Met geavanceerde technologie blijf je voorop en kun je toekomstige normen beïnvloeden.
Industriële omgevingen bevatten statische en dynamische objecten. Statische objecten, zoals vorkheftrucklepels, kabels en pallets, hebben zowel verticale als horizontale oriëntaties. Dynamische objecten zijn bijvoorbeeld mensen, vorkheftrucks, fietsen en trolleys. Kennis van objectgrootte, kleur, vorm, textuur en materialen is cruciaal. Voor obstakeldetectie is begrip van de specifieke industrie noodzakelijk.
Voor obstakeldetectie is kennis van de driedimensionale wereld nodig. Het opbouwen van een 3D-kaart is moeilijk en vaak gebaseerd op afstandsmetingen. Actieve sensoren zenden energie uit en meten de gereflecteerde energie. Passieve sensoren detecteren energie die door objecten wordt gereflecteerd, zoals zichtbaar licht. Camera’s met computervisie onderscheiden mensen van objecten, vermijden botsingen en verbeteren reacties met machine learning-algoritmen. Verlichting en de juiste plaatsing van camera’s zijn essentieel. In industriële omgevingen kunnen ramen mogelijk voor problemen zorgen. Het gebruik van 3D-vision sensoren voor extra veiligheid en palletherkenning is een opkomende trend. In 2024 zijn bijvoorbeeld de MiR1200 Pallet Jack en het KMP3000P platform AMR van KUKA geïntroduceerd met 3D-vision.
Hulp nodig met het veilig(er) maken van je AGV- of AMR-systeem?
Neem gerust contact met mij op. Samen zorgen we ervoor dat je Automated Guided Vehicle of je Autonomous Mobile Robot systeem veiliger kan worden ingezet in verschillende productie- en magazijngebieden.
Copyright © 2024; Patrick Verkerk, RoboTobor
