BEZPIECZNY STOP

Poza definicjami w wyżej wymienionych dokumentach znajdziemy też: charakterystykę systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem i opis czynników, które powinno się wziąć pod uwagę, organizując stanowisko pracy z robotami współpracującymi i kolejnych kroków w ich realizacji.

W ISO/TS 15066 wyjaśniono oprócz tego, jak zbudować system robota współpracującego z wykorzystaniem czterech technik. Można wdrażać je niezależnie lub łącznie, w dowolnych kombinacjach.

Pierwszą z nich jest bezpieczny stop (safety-rated monitored stop). Funkcja ta powinna zapewnić automatyczne zatrzymanie się robota bez odłączania go od zasilania w momencie, gdy operator znajdzie się w ich wspólnej przestrzeni roboczej.

W tym celu w napędzie robota zaimplementować należy, zamiast funkcji bezpiecznego wyłączenia momentu albo bezpiecznego stopu kategorii 1, jak ma to miejsce w przypadku "zwykłych" robotów przemysłowych, bezpieczny stop kategorii drugiej. Jest to funkcja dwuetapowa.

Po jej aktywowaniu silnik zostaje w określonym czasie wyhamowany, a następnie inicjowana jest funkcja bezpiecznego zatrzymania pracy. Zasilanie napędu silnika nie jest wówczas wyłączane, co podtrzymuje moment obrotowy. W rezultacie silnik zostaje unieruchomiony w określonej pozycji. Przez czas działania tego zabezpieczenia położenie to jest monitorowane i odpowiednio utrzymywane przez sterownik napędu.

POZOSTAŁE FUNKCJE

Bezpieczny stop kategorii 2 gwarantuje szybkie zatrzymanie silnika. Równocześnie dzięki temu, że zasilanie nie jest odłączane, restart silnika, gdy tylko operator opuści wspólną przestrzeń roboczą, jest szybszy. Przykładowe zastosowanie tej funkcji to dostarczenie na stanowisko elementów do zmontowania, a potem zabranie z niego gotowych produktów.

Pozostałe techniki to: monitorowanie prędkości i separacji (speed and separation monitoring), ograniczanie siły (power and force limiting) oraz ręczne prowadzenie ramienia robota przez operatora (hand guiding), na którym spoczywa wówczas odpowiedzialność za to, by robot nie zrobił mu krzywdy ani by nie zniszczył nic w swoim otoczeniu. Ostatnia funkcja sprawdza się m.in. w zadaniach o dużej zmienności.

Z kolei w przypadku pierwszej, w przeciwieństwie do bezpiecznego stopu, operator i robot mogą się poruszać, jednocześnie przebywając we wspólnej przestrzeni roboczej w tym samym czasie. Im jednak mniejszy będzie dzielący je dystans, tym bardziej robot będzie zwalniał. Gdy przekroczona zostanie odległość graniczna, maszyna się zatrzyma. Żeby zrealizować funkcję monitorowania prędkości i separacji, robota albo stanowisko należy wyposażyć w czujniki zbliżeniowe.

W przypadku drugiej funkcji robot i operator, przebywając we wspólnej przestrzeni roboczej, mogą się jednocześnie poruszać, a co więcej, dopuszczalny jest kontakt między nimi, przypadkowy i celowy. Aby przy tej okazji maszyna nie wyrządziła człowiekowi krzywdy, siła, z jaką oddziałuje ona na obiekt, z którym się zderza, musi być ograniczona do bezpiecznego poziomu.

Daniel Niepsuj

Comau Robotics

  • Gdzie wykorzystywane są roboty współpracujące?

Na rynku coraz częściej pojawiają się aplikacje tworzone w oparciu o roboty, które mogą pracować w bezpośrednim kontakcie z człowiekiem. Tzw. coboty wspierają ludzi w czynnościach monotonnych i powtarzalnych, które wymagają m.in. dokładności pracy oraz wydajności.

Coboty pracują ramię w ramię z operatorami, poprawiając wydajność stanowiska pracy. Wśród zastosowań robotów współpracujących z całą pewnością znajdują się aplikacje montażowe, przenoszenia, pomiarowe oraz związane z wykonywaniem inspekcji detali.

  • Czy omawiane maszyny zastąpią tradycyjne roboty? Jak zapewniane jest bezpieczeństwo ich pracy?

Roboty współpracujące wyposażone są w szereg czujników, które mają zagwarantować najwyższe bezpieczeństwo działania na stanowisku. W przypadku robotów Comau stosowanych jest sześć elementów bezpieczeństwa: skanery laserowe, pianka zabezpieczająca ramię robota z sensorami dotykowymi, czujnik zbliżeniowy, piezoelektryczny oraz czujnik siły, a także systemy wizyjne monitorujące obszar pracy.

Czy coboty będą wypierały tradycyjne roboty z przemysłu? Uważam, że nie. Istnieje szereg obszarów, gdzie standardowe roboty w dotychczasowych konfiguracjach odnajdują się doskonale. Tak jest szczególnie w trudnych środowiskach, takich jak np. tłocznie pras, gdzie praca ludzi jest niewskazana ze względów bezpieczeństwa.

OGRANICZANIE SIŁY

Za wartości odniesienia w tym zakresie mogą posłużyć wyniki badań, w których określono próg czucia bólu w przypadku, gdy jakaś część ciała zostanie ściśnięta z jednej strony przez ruchomą część systemu robota, a z drugiej strony przez nieruchomą lub ruchomą część stanowiska (quasi-static contact) oraz wtedy, kiedy kontakt jest przejściowy, a dotknięta część ciała nie zostaje zablokowana (transient contact). Można je znaleźć w załączniku do dokumentu ISO/TS 15066.

Wymagane też jest, żeby ani robot, ani jego końcówka robocza, ani obiekt, na który oddziałuje, nie miały nigdy styczności z głową ani szyją operatora. Oprócz tego, żeby złagodzić skutki kontaktu, w konstrukcji robotów stosuje się wspomniane wcześniej rozwiązania, jak na przykład wykonanie elementów robota z lekkich materiałów, miękkie wykończenie ich powierzchni i brak ostrych krawędzi.

Dzięki tym ostatnim mniejsze jest prawdopodobieństwo, że przy kontakcie kogoś skaleczą. Ponadto zaokrąglenia rozpraszają siłę uderzenia na większej powierzchni, co zmniejsza nacisk wywierany na obiekt, z którym doszło do kolizji. Niektóre roboty współpracujące wyposaża się również w amortyzowane osłony, absorbujące wstrząsy i zmniejszające oddziaływanie maszyny na ciało człowieka podczas jej hamowania.

Roboty i ludzie współpracują na linii produkcyjnej silników

Robot UR5 firmy Universal Robots został zainstalowany w dziale montażu głowic cylindrów w fabryce silników firmy Volkswagen, gdzie pracuje bezpośrednio z ludźmi, bez dodatkowych barier, ani osłon.

Zadanie robota polega na wyjęciu z osłon świec żarowych, a następnie umieszczeniu ich w otworach. Pracownik, z którym współpracuje, jest natomiast odpowiedzialny za przymocowanie świec oraz izolację głowicy cylindra.

ANALIZA RYZYKA JEST NADAL KONIECZNA

Funkcje robotów współpracujących

Jak wspomnieliśmy wcześniej, choć w danym robocie jego producent mógł zaimplementować wyżej opisane funkcje bezpieczeństwa, nie oznacza to automatycznie, że ta maszyna może bez zastosowania dodatkowych środków ochrony współpracować z człowiekiem przy wykonywaniu każdego zadania. Dlatego obowiązkiem integratora systemu jest przeanalizowanie związanego z tym ryzyka.

Ocena prawdopodobieństwa wystąpienia sytuacji zagrażającej zdrowiu i/lub życiu operatora musi uwzględniać szereg czynników specyficznych dla danej czynności. Ważne są też warunki panujące na stanowisku, na którym będzie ona realizowana.

Wśród kwestii, które trzeba doprecyzować, jest m.in. to, jak długo operator będzie przebywał we wspólnej z robotem przestrzeni roboczej oraz jak często będzie przekraczał jej granice. Istotne jest również to, jak często i jak długo będzie on miał bezpośredni kontakt z tą maszyną. Na sprawność zadziałania zabezpieczeń, zwłaszcza tych aktywowanych obecnością obsługi na stanowisku może mieć z kolei wpływ to, ile osób będzie na nim pracowało.

Łukasz Szczepkowski, kierownik regionalny ds. sprzedaży w KUKA Robotics

Perspektywy dla rynku robotów współpracujących są z roku na rok coraz lepsze

  • Jakie są najczęstsze zastosowania robotów współpracujących? Gdzie używane są maszyny tego typu?

Roboty współpracujące takie jak LBR iiwa są wykorzystywane w aplikacjach, gdzie zmysł czucia robota jest kluczowy. Takimi są przykładowo pasowanie i montaż elementów, gdzie wcześniej pracownik musiał robić to z największą starannością i wyczuciem, dbając o to, aby pasowanych elementów nie uszkodzić.

Nasze roboty współpracujące wykorzystywane są m.in. w fabrykach Grupy Daimler, VW oraz wielu, wielu innych. Są to np. systemy do obsługi maszyn do obróbki czy pasowania kół zębatych w przekładniach. Na Politechnice Łódzkiej dwa roboty LBR iiwa używane są w aplikacji do rehabilitacji kończyn po przebytych urazach.

  • Jakie są cechy charakterystyczne cobotów?

Cechą charakterystyczną robotów współpracujących jest ich uniwersalność pod względem aplikacyjnym oraz najwyższy poziom bezpieczeństwa gwarantowany certyfikatem. Otwarty system sterowania robota umożliwia ponadto dostęp do wielu danych, które można wykorzystywać w procesie.

Zakup robota takiego jak omawiany to inwestycja na lata, która oczywiście może zwrócić się w czasie krótszym, niż nam się wydaje. Klienci biorą pod uwagę otwartość komunikacyjną systemu oraz jakość wykonania samego robota. Nie bez znaczenia są też referencje od dużych firm, gdyż potwierdzają one, że są to rozwiązania, na których można polegać.

  • Jak istotne jest wsparcie klientów i dostarczenie im kompletnego systemu ze wsparciem?

Z pewnością jest to aspekt kluczowy. Nawet najlepszy sprzęt bez wsparcia i cyklu szkoleń może być bowiem dla klienta bezużyteczny. Wiemy o tym doskonale, dlatego wspieramy odbiorców przy uruchomieniach oraz oferujemy cykle profesjonalnych szkoleń w omawianym zakresie.

  • Co zmieniły roboty współpracujące, szczególnie w kontekście robotyzacji krajowych przedsiębiorstw? Jaka jest ich percepcja przez pracowników?

Omawiane roboty na pewno pozwalają personelowi na oswojenie się z ich obecnością. Dają one też sygnał, że w wielu przypadkach nie będą jedynymi i ostatnimi tego typu nowościami w zakładzie. Z pewnością wprowadzają do firmy nową jakość, pewien prestiż i nowe możliwości dla pracowników. Wielu z nich widzi w robotach możliwość wykazania się i zdobycia nowych kwalifikacji.

Oceniam, że perspektywy dla omawianego rynku są z roku na rok coraz bardziej obiecujące. Ceny robotów obniżają się, zaś aplikacji, w których można je stosować, pojawia się coraz więcej.

  • Jesteście również dostawcą robotów AGV - jakie są ich możliwości? Jak zmieniają one logistykę w zakładach?

Wózki tego typu mogą poruszać się niezależnie, pośród mijających je pracowników. Nie musimy mieć specjalnie przygotowanej infrastruktury, aby móc zastosować tego typu pojazdy. Nie zajmują one też dużo miejsca i mogą znaleźć się praktycznie w każdym punkcie zakładu, wtedy kiedy będą wymagane.

Otwarty system sterowania, podobnie jak w przypadku robotów, nie ma praktycznie ograniczeń. To, jak będziemy sterowali robotem i jakie dane zbierali, zależy od nas samych i specyfiki zakładu. Pojazdy tego typu z pewnością są jednym z pierwszych punktów do realizacji planu wdrożenia koncepcji Przemysłu 4.0.

  • Kto korzysta z AGV i w jakich branżach jest największy potencjał do ich wdrażania? Jakie są obawy użytkowników związane z ich implementacją?

Z pewnością są to firmy produkcyjne, gdzie należy np. dostarczać narzędzia do maszyn rozlokowanych w zakładzie lub też elementy, spersonalizowane komponenty do miejsc montażu produktów. Jeżeli zaś chodzi o obawy, to dotyczą one przede wszystkim tego, że rozwiązania te będą skomplikowane.

Jest to rozumowanie błędne, gdyż pojazdy tego typu, często wyposażone już w roboty współpracujące KUKA, same podejmują decyzje, sprawnie poruszają się po zakładzie - nawet omijając przeszkody czy zmieniając trasę do celu.

Do ich wdrożenia wystarczy de facto w miarę prosta posadzka przemysłowa i nic więcej. Nie są potrzebne znaczniki w budynku, lokalizatory, itd. Raz uruchomiony system będzie pracował bez naszego większego udziału, niemalże "w tle" mającej miejsce w zakładzie produkcji.

  • Dziękuję za rozmowę.

Zbigniew Piątek

Prezentacje firmowe

Polecane

Nowe produkty