Προτυποποίηση μηχανοτρονικών συστημάτων
Authors: Μήτκα Ελευθερία 
Published: November 2021

Στόχος της παρούσας Διατριβής είναι να γεφυρώσει το χάσμα ανάμεσα στην έρευνα και την προτυποποίηση της ασφάλειας των ρομπότ που αλληλεπιδρούν με τον άνθρωπο στην καθημερινή ζωή. Στρέφεται η προσοχή σε επιμέρους κατηγορίες και στην ταξινόμηση στα οικιακά, τα μη επανδρωμένα ιπτάμενα συστήματα και στα αγροτικά ρομπότ. Γίνεται ανασκόπηση στα ήδη υπάρχοντα πρότυπα και CE κανονισμούς που υφίστανται, ήδη ώστε να ιεραρχηθούν νέες προτάσεις σε πρότυπα. Στη συνέχεια, περιγράφονται εμπορικά διαθέσιμα μοντέλα με ομοιότητες, διαφορές και επικαλύψεις μεταξύ των μοντέλων των κατηγοριών.Στο πλαίσιο αυτό, δίνονται λύσεις που στοχεύουν στη συγκρότηση κατευθυντήριων οδηγιών και απαιτήσεων ασφαλείας στον τομέα σχεδιασμού των ρομπότ με χρήση των μεθόδων STAMP/ STPA (Συστημική Θεώρηση Ανάλυσης Συστημάτων και Διαδικασιών) που εφευρέθηκαν στο ΜΙΤ από την Prof. Nancy Leveson. Η μέθοδος STAMP εφαρμόστηκε, επιτυχώς, στην ιεράρχηση των προτάσεων για τα πρότυπα σε οικιακά ρομπότ, χορτοκοπτικά, δίποδα, ανθρωποειδή και ρομπότ επιτήρησης. Σχεδιάζεται το μοντέλο κοινωνικοτεχνικού ελέγχου, αναλύονται σενάρια ατυχημάτων, προσδιορίζονται οι αιτιατοί παράγοντες και ιεραρχούνται οι περιορισμοί στην ασφάλεια. Αν και η μέθοδος STAMP δεν έχει ακόμα ωριμάσει ή κορεστεί ή, με άλλα λόγια, δεν έχει εξαπλωθεί παγκοσμίως και δεν παρέχει οδηγίες για τη συγκρότηση των μοντέλων και εχέγγυα για το αν δίνει ολοκληρωμένη και εμπεριστατωμένη διαχείριση της επικινδυνότητας, αποτελεί καθοριστικό εργαλείο στη διατριβή αυτή. Η αποτελεσματικότητά της έγκειται στο συνδυασμό διαφορετικών παραγόντων των αλληλεπιδράσεων των στοιχείων που καταλήγουν σε ατυχήματα, των πολύπλοκων ρόλων των ατόμων και των μη γραμμικών σχέσεων ανάμεσα σε δράσεις, λάθη και γεγονότα.Ο στόχος που επιχειρεί να πετύχει η διατριβή αυτή, είναι η εφαρμογή της συστημικής μεθόδου στην ιεράρχηση των απαιτήσεων ασφαλείας των ρομποτικών συστημάτων που αλληλεπιδρούν με τον άνθρωπο σε μη δομημένα περιβάλλοντα, λαμβάνοντας υπόψη τεχνικές παραμέτρους και μη. Απώτερος σκοπός είναι να εξαλειφθούν οι ελαττωματικές διαδικασίες που οδηγούν σε ατυχήματα, να σχεδιαστεί και να ελεγχθεί το ρομποτικό σύστημα. Τα αποτελέσματα της STPA παρουσιάστηκαν με χρήση A-STPA εργαλείου. Το Α-STPA tοοl είναι λογισμικό που ανήκει στους Asim Abdulkhaleq και W. Stefan, Πανεπιστήμιο Στουτγάρδης [87]. Η διατριβή προσδιορίζει την ανάλυση των αιτιών, με την ασφάλεια να θεωρείται αναδυόμενη ιδιότητα του συστήματος, επισημαίνοντας τους κοινωνικοτεχνικούς παράγοντες και σχεδιάζοντας διαγραμματικά σύμβολα για τη μοντελοποίηση του προβλήματος.Ξεχωριστό ενδιαφέρον παρουσιάζει η αποσαφήνιση των απαιτήσεων ασφάλειας σε αυτοκινούμενα ρομπότ-σερβιτόρους και σε μικρά μη επανδρωμένα ρομπότ σταθερών πτερυγίων με χρήση λογισμικού πακέτου simulink του Matlab. Το ασαφές συμπερασματικό σύστημα σχεδιάζεται με πολλούς κανόνες και παραμέτρους που βοηθούν στη λήψη αποφάσεων. Το σύστημα αυτό υπολογίζει τον κίνδυνο ως το γινόμενο της σοβαρότητας επί την πιθανότητα αποφυγής του ατυχήματος επί τη συχνότητα του ατυχήματος.Προτείνεται στρατηγική σε θέματα ασφάλειας όσον αφορά στα ρομπότ που καθαρίζουν παράθυρα και στα προσωπικά ρομπότ, και διαφορετική στρατηγική για τα αγροτικά ρομπότ στη διαχείριση επικινδυνότητας και την ιεράρχηση των στόχων ασφάλειας .Η στρατηγική περιλαμβάνει [138]:•Διαχείριση της επικινδυνότητας για κάθε κίνδυνο βασιζόμενη σε εδραιωμένα πρότυπα σε συναφείς περιοχές όπως το ISO 14121:2007 με ορθές μηχανολογικές πρακτικές βιομηχανικών ρομπότ, ασφάλεια του σπιτιού, ασφάλεια μηχανών, ασφάλεια ηλεκτρολογικού εξοπλισμού και συσκευών, νομικές απαιτήσεις),•αναγνώριση των κινδύνων, από το ρομπότ, από ανθρώπινο λάθος ή κακομεταχείριση και προσδιορισμός του επιπέδου σοβαρότητας των πιθανών τραυματισμών,•τήρηση των απαιτήσεων ασφαλείας,•εξάλειψη των υπολειπόμενων κινδύνων σε επίπεδο ασφάλειας,•μείωση του κινδύνου με επανασχεδιασμό.Τέλος, συνοψίζονται στατιστικά στοιχεία για την αλληλεπίδραση ατόμου-ρομπότ με χρήση ερωτηματολογίου που αφορά στο επίπεδο αποδοχής των ρομπότ οικιακού χώρου από τους Έλληνες.