An toàn Robot Cộng tác trong Sản xuất Công nghiệp – Đảm bảo Tương lai Hiệu quả và Bền vững

Robot cộng tác (cobot), đại diện cho một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực robot công nghiệp, đang tái định hình môi trường sản xuất công nghiệp bằng cách cho phép tương tác trực tiếp và an toàn giữa máy móc và con người.

Loại hình robot tiên tiến này đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa năng suất, cải thiện điều kiện làm việc và nâng cao hiệu quả tổng thể của các quy trình sản xuất hiện đại.

Tuy nhiên, để khai thác tối đa tiềm năng của chúng mà không làm ảnh hưởng đến sự an toàn của người lao động, việc tuân thủ các nguyên tắc, tiêu chuẩn và quy định về an toàn robot cộng tác trở nên vô cùng cấp thiết.

Bài viết này sẽ đi sâu vào các khía cạnh quan trọng của an toàn cobot, bao gồm các tiêu chuẩn quốc tế, nguyên tắc thiết kế, phương pháp bảo vệ, tầm quan trọng của đào tạo, cũng như những thách thức và xu hướng phát triển trong tương lai, nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về việc đảm bảo một môi trường làm việc an toàn và hiệu quả với sự hiện diện của cobot.

1. Robot cộng tác và tầm quan trọng của an toàn

Robot cộng tác, hay cobot, đại diện cho một phân khúc riêng biệt trong lĩnh vực robot công nghiệp, được thiết kế đặc biệt để hoạt động song song và tương tác an toàn với con người trong không gian làm việc chung, không cần đến hàng rào vật lý bảo vệ truyền thống. Cobot khác biệt với robot công nghiệp truyền thống bằng khả năng nhận diện và phản ứng linh hoạt với sự hiện diện của con người, tự động điều chỉnh tốc độ hoặc dừng hoạt động để tránh va chạm. Sự linh hoạt, kích thước nhỏ gọn và khả năng lập trình dễ dàng của chúng mang lại lợi ích to lớn trong sản xuất, bao gồm tăng năng suất, cải thiện độ chính xác của quy trình, giảm thiểu công việc lặp lại nhàm chán hoặc nguy hiểm cho người lao động, đồng thời cho phép triển khai nhanh chóng và linh hoạt trong các dây chuyền sản xuất đa dạng.

An toàn robot cộng tác giữ vai trò then chốt vì nó trực tiếp bảo vệ người lao động khỏi các tai nạn và thương tích tiềm ẩn, đảm bảo tuân thủ nghiêm ngặt các quy định pháp luật về an toàn lao động, và củng cố niềm tin của doanh nghiệp vào công nghệ, từ đó bảo vệ hiệu quả khoản đầu tư đáng kể vào tự động hóa. Một hệ thống an toàn không đầy đủ có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, từ chi phí y tế và bồi thường, gián đoạn sản xuất, cho đến tổn hại danh tiếng doanh nghiệp. Do đó, việc tích hợp các biện pháp an toàn ngay từ giai đoạn thiết kế và triển khai là không thể thiếu, biến an toàn không chỉ là một yêu cầu pháp lý mà còn là một yếu tố cạnh tranh chiến lược.

2. Các tiêu chuẩn và quy định về an toàn robot cộng tác

Để đảm bảo mức độ an toàn cao nhất trong môi trường có cobot, các tổ chức quốc tế đã thiết lập nhiều tiêu chuẩn và quy định nghiêm ngặt mà các nhà sản xuất và người sử dụng phải tuân thủ.

Các tiêu chuẩn ISO 10218-1 và ISO 10218-2 cung cấp khung khổ chung về an toàn robot công nghiệp, thiết lập các yêu cầu an toàn đối với cả robot và hệ thống robot tích hợp, bao gồm các biện pháp bảo vệ và quy trình vận hành an toàn.

Trong khi đó, ISO/TS 15066 là một tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng hơn, tập trung cụ thể vào các yêu cầu về tương tác người-robot trong các ứng dụng cộng tác, đặc biệt chú trọng đến việc giới hạn lực và tốc độ tiếp xúc để tránh gây thương tích cho con người. Tiêu chuẩn này định nghĩa các ngưỡng lực và áp suất mà cobot có thể tác động lên cơ thể người trong trường hợp va chạm, dựa trên dữ liệu khoa học về khả năng chịu đựng của cơ thể.

Về mặt quy định và luật pháp tại Việt Nam, các doanh nghiệp phải tuân thủ các quy định chung về an toàn lao động được quy định trong Luật An toàn, vệ sinh lao động năm 2015 và các văn bản hướng dẫn thi hành.

Mặc dù chưa có quy định riêng biệt chi tiết cho robot cộng tác như các tiêu chuẩn quốc tế, nhưng nguyên tắc chung về đánh giá rủi ro và kiểm soát mối nguy hiểm khi sử dụng máy móc, thiết bị có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động vẫn được áp dụng. Điều này đòi hỏi các doanh nghiệp nhập khẩu và sử dụng cobot phải chủ động tìm hiểu và áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế như ISO 10218 và ISO/TS 15066 để đảm bảo tuân thủ và bảo vệ người lao động.

3. Các nguyên tắc thiết kế và triển khai an toàn cho robot cộng tác

Việc thiết kế và triển khai các hệ thống robot cộng tác an toàn đòi hỏi sự tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc kỹ thuật và quy trình đánh giá rủi ro, nhằm giảm thiểu tối đa các mối nguy tiềm ẩn. Đầu tiên và quan trọng nhất, mọi quy trình triển khai cobot đều phải bắt đầu bằng đánh giá rủi ro toàn diện, trong đó xác định rõ ràng các mối nguy hiểm tiềm tàng phát sinh từ sự tương tác giữa cobot, con người và môi trường làm việc, sau đó phân tích mức độ nghiêm trọng của rủi ro và đề xuất các biện pháp giảm thiểu phù hợp. Quá trình này bao gồm việc xem xét chu kỳ sống của cobot, từ lắp đặt, vận hành, bảo trì đến tháo dỡ.

Để đảm bảo an toàn, nhiều phương pháp bảo vệ an toàn chính đã được phát triển và tích hợp vào thiết kế của cobot, giúp chúng hoạt động an toàn ngay cả khi tương tác trực tiếp với con người.

Các phương pháp bảo vệ an toàn chính của Robot Cộng tác

Phương pháp bảo vệ	Mô tả	Ứng dụng điển hình
Giới hạn lực và công suất (Power and Force Limiting – PFL)	Cobot được lập trình để giới hạn lực và công suất tác động đến mức an toàn, không gây thương tích ngay cả khi va chạm. Sử dụng cảm biến lực và thuật toán an toàn để điều chỉnh hành vi.	Lắp ráp linh kiện nhỏ, xử lý vật liệu nhẹ, tương tác trực tiếp liên tục.
Dừng an toàn có giám sát (Safety-Rated Monitored Stop – SMS)	Cobot tự động dừng hoàn toàn một cách an toàn khi người vận hành tiến vào vùng làm việc xác định, và tự động khởi động lại khi vùng đó trống.	Các tác vụ yêu cầu người vận hành can thiệp định kỳ vào vùng làm việc của cobot.
Điều khiển bằng tay (Hand Guiding)	Người vận hành có thể cầm và di chuyển cobot một cách an toàn để dạy hoặc hướng dẫn cobot thực hiện một tác vụ, thường bằng một nút bấm an toàn.	Lập trình cobot cho các tác vụ phức tạp, điều chỉnh nhanh chóng vị trí làm việc.
Giám sát tốc độ và khoảng cách (Speed and Separation Monitoring – SSM)	Cobot điều chỉnh tốc độ di chuyển dựa trên khoảng cách của nó với người vận hành. Khi người tiến lại gần, cobot sẽ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn nếu khoảng cách quá nhỏ.	Các ứng dụng nơi người vận hành và cobot chia sẻ không gian làm việc nhưng không luôn luôn tiếp xúc trực tiếp.

Bên cạnh các phương pháp bảo vệ tích hợp, thiết kế khu vực làm việc an toàn cũng là một yếu tố cực kỳ quan trọng. Việc bố trí không gian làm việc cần đảm bảo đủ khoảng cách cho người vận hành, sử dụng các hàng rào ảo hoặc vùng bảo vệ được giám sát bởi các cảm biến như laser scanner hoặc camera để nhận diện sự xâm nhập.

Các thiết bị an toàn bổ sung như nút dừng khẩn cấp (E-stop) được đặt ở vị trí dễ tiếp cận, công tắc khóa liên động an toàn trên các cửa bảo vệ, và hệ thống đèn báo hiệu hoặc còi cảnh báo về trạng thái hoạt động của cobot là những thành phần không thể thiếu để nâng cao mức độ an toàn tổng thể. Việc triển khai những biện pháp này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về hoạt động của cobot và các tiêu chuẩn an toàn hiện hành.

4. Đào tạo và nhận thức về an toàn cho người vận hành

Để đảm bảo việc vận hành robot cộng tác diễn ra an toàn và hiệu quả, đào tạo và nhận thức về an toàn cho người vận hành là yếu tố không thể thiếu, vì con người là mắt xích cuối cùng trong chuỗi an toàn. Việc đào tạo đầy đủ giúp nâng cao hiểu biết của người lao động về cách thức hoạt động của cobot, các nguy cơ tiềm ẩn có thể xảy ra, và quan trọng nhất là hướng dẫn họ cách sử dụng thiết bị đúng cách cũng như quy trình xử lý các tình huống bất ngờ hoặc sự cố.

Nội dung đào tạo cần được xây dựng kỹ lưỡng, bao gồm các chủ đề sau:

• Quy trình vận hành an toàn: Hướng dẫn chi tiết cách khởi động, dừng, lập trình cơ bản và khắc phục sự cố nhỏ theo đúng quy trình.
• Nhận biết và phản ứng với các tình huống nguy hiểm: Giải thích về các vùng an toàn, các cảnh báo của cobot và cách phản ứng khẩn cấp khi có sự cố.
• Sử dụng và bảo trì các thiết bị an toàn: Hướng dẫn kiểm tra định kỳ các nút dừng khẩn cấp, cảm biến an toàn và cách báo cáo hỏng hóc.
• Hiểu biết về các tiêu chuẩn an toàn: Giới thiệu về ISO 10218, ISO/TS 15066 và ý nghĩa của chúng trong công việc hàng ngày.
• Thực hành vận hành trong môi trường mô phỏng hoặc có giám sát: Giúp người lao động làm quen với cobot trong môi trường an toàn trước khi vận hành thực tế.

Việc xây dựng một văn hóa an toàn trong doanh nghiệp là cực kỳ quan trọng, khuyến khích mọi người lao động chủ động báo cáo các sự cố gần xảy ra (near misses), đề xuất các cải tiến về an toàn, và tham gia vào các buổi kiểm tra định kỳ cũng như đánh giá lại quy trình an toàn. Khi an toàn trở thành một phần không thể tách rời của văn hóa làm việc, rủi ro tai nạn sẽ được giảm thiểu đáng kể, đồng thời nâng cao hiệu quả và sự bền vững của hoạt động sản xuất.

5. Thách thức và xu hướng tương lai của an toàn robot cộng tác

Mặc dù robot cộng tác mang lại nhiều lợi ích, việc đảm bảo an toàn cho chúng vẫn đối mặt với những thách thức đáng kể, đòi hỏi sự nghiên cứu và phát triển không ngừng. Một trong những thách thức lớn nhất là việc đánh giá rủi ro phức tạp hơn khi cobot được ứng dụng trong các tác vụ ngày càng đa dạng và phức tạp, nơi sự tương tác với con người diễn ra theo nhiều kịch bản khác nhau. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ robot cũng đòi hỏi các tiêu chuẩn an toàn phải được cập nhật liên tục để bắt kịp với những khả năng mới của cobot, đây là một quá trình tốn thời gian và nguồn lực. Hơn nữa, chi phí đầu tư ban đầu cho các giải pháp an toàn tiên tiến, bao gồm cảm biến, phần mềm an toàn và đào tạo, có thể là một rào cản đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Tuy nhiên, lĩnh vực an toàn robot cộng tác cũng đang chứng kiến nhiều xu hướng tương lai đầy hứa hẹn, định hình một môi trường làm việc an toàn hơn và thông minh hơn.

Xu hướng Tương lai trong An toàn Robot Cộng tác

Xu hướng	Mô tả	Tác động đến an toàn
AI và Học máy trong an toàn cobot	Sử dụng trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu cảm biến, dự đoán các tình huống nguy hiểm tiềm ẩn và đưa ra các biện pháp phòng ngừa.	Nâng cao khả năng phát hiện rủi ro, phản ứng nhanh hơn và chính xác hơn với các mối nguy.
Hệ thống an toàn tự thích ứng	Cobot có khả năng học hỏi từ môi trường và tự động điều chỉnh hành vi của mình (ví dụ: tốc độ, quỹ đạo) để duy trì an toàn mà không cần lập trình thủ công.	Giảm thiểu sự can thiệp của con người, tăng tính tự chủ và khả năng phản ứng với các điều kiện thay đổi.
Giao diện người-robot trực quan hơn	Phát triển các phương pháp lập trình và tương tác với cobot thông qua giao diện trực quan, dễ sử dụng, giảm thiểu lỗi do người vận hành.	Đơn giản hóa việc đào tạo, giảm nguy cơ lỗi do thao tác sai, tăng cường an toàn trong quá trình lập trình.
Tăng cường sự hợp tác giữa các bên	Sự phối hợp chặt chẽ hơn giữa các nhà sản xuất robot, nhà cung cấp giải pháp an toàn, và người dùng cuối để phát triển các giải pháp an toàn toàn diện và tiêu chuẩn hóa.	Đẩy nhanh quá trình phát triển và áp dụng các công nghệ an toàn mới, tạo ra một hệ sinh thái an toàn vững chắc.

Danh sách các yếu tố an toàn nâng cao:

• Cảm biến tiên tiến: Camera 3D, cảm biến tiệm cận, radar để nhận diện môi trường chính xác hơn.
• Phần mềm an toàn tích hợp: Các thuật toán phức tạp để phân tích dữ liệu, nhận diện hành vi bất thường và kích hoạt các chế độ an toàn.
• Hệ thống giám sát sức khỏe cobot: Theo dõi tình trạng hoạt động của cobot để dự đoán lỗi hỏng hóc có thể gây mất an toàn.

Những xu hướng này hứa hẹn sẽ đưa an toàn robot cộng tác lên một tầm cao mới, không chỉ đảm bảo sự an toàn cho người lao động mà còn tối ưu hóa hiệu suất và khả năng tích hợp của cobot trong môi trường sản xuất.

6. Kết luận

Tóm lại, an toàn robot cộng tác không chỉ là một yêu cầu pháp lý mà còn là nền tảng cốt lõi để khai thác tối đa lợi ích của cobot trong sản xuất công nghiệp. Việc tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc tế như ISO 10218 và ISO/TS 15066, cùng với việc áp dụng các nguyên tắc thiết kế và triển khai an toàn như giới hạn lực và công suất, dừng an toàn có giám sát, và giám sát tốc độ và khoảng cách, là vô cùng cần thiết.

Hơn nữa, việc đầu tư vào đào tạo chuyên sâu cho người vận hành và xây dựng một văn hóa an toàn mạnh mẽ trong doanh nghiệp đóng vai trò quyết định trong việc giảm thiểu rủi ro và ngăn ngừa tai nạn. Mặc dù vẫn còn những thách thức trong việc đảm bảo an toàn cho cobot, nhưng các xu hướng phát triển như tích hợp AI, hệ thống tự thích ứng và sự hợp tác chặt chẽ giữa các bên hứa hẹn sẽ mang lại những giải pháp an toàn tiên tiến hơn trong tương lai. Robot cộng tác rõ ràng là tương lai của sản xuất, nhưng chỉ khi an toàn được ưu tiên hàng đầu và không ngừng cải tiến, tiềm năng của chúng mới có thể được hiện thực hóa đầy đủ, tạo ra một môi trường làm việc hiệu quả, an toàn và bền vững.