Roboty współpracujące

Powstały niedawno termin "robot współpracujący" nie doczekał się jeszcze słownikowej definicji, przez co rozumiany jest na wiele sposobów. Jedno natomiast jest pewne, robot współpracujący musi być robotem bezpiecznym!

BEZPIECZEŃSTWO W KOMPLECIE?

Fot. 1. KUKA LBR iiwa 14 R820

Obecnie każdy z dużych graczy rynku robotyki ma w swojej ofercie robota pretendującego do miana bezpiecznego. O tym, jak nowe i dynamiczne jest to zagadnienie, najlepiej świadczy różnorodność zastosowanych rozwiązań. Próżno szukać dwóch identycznych systemów.

Na rynku są roboty realizujące funkcje bezpieczeństwa poprzez dodatkowe czujniki momentów w złączach, czujniki momentu w podstawie nadzorujące siły zewnętrzne działające na cały manipulator, zaawansowane modele obliczeniowe estymujące siły bezpośrednio z napędów, aż po płaszcze sensoryczne reagujące na dotknięcie lub bliskość człowieka.

Grzechem byłoby nie wspomnieć o liderze rynku optoelektronicznych układów bezpieczeństwa, który opracował kamerę 3D pozwalającą nadzorować przestrzeń pracy robota (lub dowolnego innego urządzenia) w trzech wymiarach, dbając o zatrzymanie ruchu, nim dojdzie do kontaktu z człowiekiem.

Każde z dostępnych na rynku rozwiązań ma swoje ewidentne zalety i ograniczenia i co należy podkreślić żadne z rozwiązań nie zapewnia bezpieczeństwa samo przez się!

ROBOT BEZPIECZNY

Fot. 2. Fanuc CR-35iA

Klasyczne roboty przemysłowe w myśl prawa są maszyną nieukończoną (producent nie wystawia deklaracji zgodności (potocznie CE), a deklarację włączenia maszyny nieukończonej) i to po stronie użytkownika/integratora leży spełnienie wszystkich wymagań technicznych, aby finalną instalację można było uznać za bezpieczną i oznakować symbolem CE.

W przypadku robotów współpracujących kwestia ta wygląda identycznie! Producent robota dostarcza nowe typy funkcjonalności bezpieczeństwa takie jak kontrola siły, jaką robot może zadziałać na człowieka lub wręcz zatrzymanie robota, zanim do takiego kontaktu dojdzie (w przypadku płaszczy pojemnościowych i zabezpieczeń optoelektronicznych), jednakże ocena ryzyka i sposób zastosowania danej funkcji bezpieczeństwa leży po stronie integratora.

Robot nie tylko prawnie, ale i z natury rzeczy jest maszyną nieukończoną i bez narzędzia nie wykona żadnego procesu. Narzędzie oraz prowadzony proces mogą stwarzać szereg zagrożeń, których producent robota siłą rzeczy nie mógł zidentyfikować i zabezpieczyć.

Na etapie projektowania stanowiska sporządzona ocena ryzyka musi uwzględniać również, kto będzie współpracował z takim robotem, w jakiej pozycji (ta sama siła przyłożona do nóg, a do głowy/twarzy wywoła skrajnie odmienne skutki), należy przewidzieć udział osób postronnych oraz sytuacje nieoczekiwane, takie jak poślizgnięcie czy omdlenie w obszarze pracy robota. Konieczne jest również zabezpieczenie zagrożeń wprowadzanych przez samo narzędzie (ścinanie, zgniatanie, przebicie, wirujące elementy...) oraz proces (temperatura, promieniowanie, zgromadzona energia...).

Zabezpieczenie stanowiska robota współpracującego jest kwestią bardziej złożoną, niż mogłoby się początkowo wydawać. Ocena ryzyka musi obejmować bardziej szczegółowe scenariusze, a realizacja funkcji bezpieczeństwa jest dalece bardziej wysublimowana niż w przypadku klasycznej celi zrobotyzowanej.

A jak to wygląda w ujęciu formalnym? Tutaj historia lubi się powtarzać. Niestety regulacje normatywne nie nadążają za dynamicznym rozwojem techniki i nie inaczej jest w tym przypadku. Próżno szukać norm podających gotowe rozwiązanie. Niemniej same przepisy prawne, a w szczególności dyrektywa maszynowa 2006/42/WE precyzują cel, a nie środki techniczne konieczne do jego osiągnięcia, tym samym nie zamykając drogi do certyfikacji takiego stanowiska.

NIEBEZPIECZNY SKRÓT

Bardzo ważne jest, aby nie popełniać błędu logicznego w rozumowaniu: robot wyposażony w dodatkowe funkcje bezpieczeństwa = robot bezpieczny. Całe środowisko zawodowe integratorów, producentów oraz prasa fachowa powinny dbać o to, aby promowany kompletny cykl oceny i minimalizacji ryzyka, bez drogi na skróty, przyczynił się do zachowania wysokiego stopnia bezpieczeństwa pracy z robotem - nawet ramię w ramię.

PRAWDZIWA WSPÓŁPRACA

Fot. 3. Yaskawa Motoman SDA10

No dobrze, mamy więc bezpieczne stanowisko z robotem bez barier, czy to wystarczy, aby nazwać go robotem współpracującym? Tutaj zdania są podzielone, ja osobiście tej współpracy tam jeszcze nie widzę. Jak na razie robot przestał być dla nas zagrożeniem, ale czy stał się naszym współpracownikiem?

Pisałem o tym że regulacje normatywne nie nadążają za stanem techniki, a czy "stan techniki" branży automatyki nadąża za resztą? Żyjemy w czasach, w których nawigacji w samochodzie można podyktować adres, gestem dłoni można sterować telewizorem a konsola do gier potentata z Redmond potrafi śledzić każdy ruch z chirurgiczną precyzją.

Konwersacje z elektroniczną "Panią" z telefonu, która potrafi zrozumieć, co mieliśmy na myśli i bezbłędnie tę akcje wykonać, pokazują, jaki potencjał drzemie w aktualnym stanie techniki. Robot przemysłowy, który jest w stanie uderzyć operatora niezbyt mocno wypada na tym tle dosyć blado. Robotyka wyraźnie nie nadążyła za branżą rozrywkową - czy aby na pewno? Nic bardziej mylnego!

Producenci robotów oraz zabezpieczeń optoelektronicznych poczynili jeden bardzo istotny krok. Stworzyli systemy, które pozwalają bezpiecznie stanąć oko w oko z robotem, dodatkowo stale wyposażają roboty w coraz nowsze interfejsy komunikacyjne a nawet całe SDK i API. Czołowi producenci poprzez dodanie siódmej nadmiarowej osi robota zwiększają jego podobieństwo do ludzkiej ręki a nawet dostarczają kompletne roboty anatomicznie naśladujące korpus i dwie ręce.

Pojawia się coraz więcej chwytaków naśladujących funkcjonalność ludzkiej dłoni, pozwalając na wykorzystanie tych samych narzędzi co operator. Głowice tensometryczne lub wbudowane w osie robota czujniki pozwalają intuicyjnie wodzić robota podczas uczenia lub np. umożliwiają wspólne przenoszenie elementów przez robota i człowieka.

Odpowiednio skonstruowana aplikacja pozwoli "wyczuć" intencje operatora, kiedy ten podaje lub zabiera detal robotowi. Technologię opracowaną dla branży rozrywkowej można wdrożyć również do robotyki a przy umiejętnej dekompozycji warstw sterowania udaje się zapewnić wymaganą stabilność procesu, tak istotną w branży produkcyjnej.

Producenci robotów zrobili już najważniejszy krok. Za nimi w drogę ruszyli producenci osprzętu (chwytaki, głowice tensometryczne, systemy wizyjne). Inne niezbędne "klocki" potrzebne do tego, aby robot współpracował: rozumiał naturalny język, gesty, aby nie tylko przy kontakcie nie robił operatorowi krzywdy, lecz by tego kontaktu celowo unikał już na poziomie warstwy sterowania, powstały już na potrzeby innych branży i nic nie stoi na przeszkodzie, aby zaadaptować je na potrzeby robotyki.

CZY WARTO?

Robot współpracujący to znacznie więcej niż robot bezpieczny. Robot, aby stać się bezpiecznym, potrzebuje pełnego cyklu oceny i minimalizacji ryzyka w oparciu o nowatorskie funkcje bezpieczeństwa dostarczone przez producentów. Wobec braku uregulowań normatywnych droga do certyfikacji takiego stanowiska jest długa i kręta. A to dopiero początek! Przed metą tej krętej drogi należy zbudować jeszcze układ sterowania implementujący typy funkcjonalności znane dotąd tylko z branży rozrywkowej, w zupełnie nowej, przemysłowej odsłonie.

Czy zatem warto? My w AKE Robotics wierzymy, że tak!

Śledź nasze realizacje robotów współpracujących na naszej stronie i Facebooku.

Andrzej Niechciał
Dyrektor Techniczny
AKE Robotics Sp. z o.o.
www.ake-robotics.pl