Zo bouw je een collaboratieve robotcel

PRODUKTENTWICKLUNG

Details: Gepubliceerd: 29.12.2023; Laatst bijgewerkt: 10.01.2024; Hits: 4878

Werk menselijk en robot Samen zonder beschermhek kunnen beide hun voordelen ten volle benutten. Er zijn normatieve voorwaarden geschapen voor een veilige samenwerking. Bij veel bedrijven is dat al zo collaboratieve robotcellen in gebruik. Maar hoe zit dat dan? Plannen en bouwen van zulke robotcellen? Dit bericht van Schmersal wijst je de weg.

inhoud

Robot achter het beschermende hek
Directe samenwerking tussen robots en mensen
De weg naar een samenwerkingssysteem volgens ISO/TS 15066
- Vereisten voor samenwerking
- Mogelijkheden voor het ontwerpen van een samenwerkend bedrijf

Robot achter het beschermende hek

Decennia lang was dit het geval in de geautomatiseerde productie ijzeren basisregel: De werkgebieden van mensen en robot moeten strikt gescheiden zijn. In de praktijk betekent dit dat de robot achter een hekwerk zijn werk doet terwijl de mens zich vrij beweegt. Maar het betekende ook dat de twee niet echt konden samenwerken.

Er worden echter al jaren inspanningen geleverd om een veilige en normconforme directe samenwerking te garanderen mens en robot in staat te stellen. Ook de Schmersal Groep is en is al ruim twintig jaar betrokken bij de implementatie. Met de veilige robotbesturing “Safety Controller” heeft het bedrijf er een Veiligheidscontrole ontwikkeld dat het werkgebied van de robot begrenst en bewaakt. Dit schept een belangrijke voorwaarde voor echte samenwerking zonder een scheidend beschermend hek.

Directe samenwerking tussen robots en mensen

Vandaag zullen zij dat ook doen cobots De bovengenoemde collaboratieve robots worden in veel vakgebieden en bedrijven gebruikt. Meestal resulteert dit in een arbeidsverdeling waarbij beide partijen hun voordelen kunnen benutten. De cobot draagt zijn kracht, herhaalbaarheid en vrijheid van vermoeidheid bij; mensen vullen deze eigenschappen aan met intelligentie, perceptie, ervaring en probleemoplossend vermogen.

De combinatie van deze vaardigheden kan de flexibiliteit in het assemblage- of productieproces aanzienlijk vergroten. In het tijdperk van Industrie 4.0 worden steeds vaker kleine series geproduceerd of worden verschillende producten op één lijn vervaardigd.

Collaboratieve robotcellen en hun hoge gebruikswaarde

Er wordt onderscheid gemaakt tussen kleinere cobots, die zonder beschermhek in de productie of assemblage worden geïntegreerd, en collaboratieve robotcellen, die grotere robots en operators werken samen in een gebied dat wordt gescheiden en afgebakend door beveiligingsapparatuur. Het tweede geval zal hier worden behandeld.

Zo'n cel heeft een beschermend hek nodig Beschermende deuren evenals het aanvoeren van opties in en uit de gevarenzone. Denk hierbij aan transportsystemen of overslagstations voor de te verwerken producten. De cel daarentegen vereist geen fysieke scheiding of beveiliging tussen de menselijke en menselijke werkgebieden robot meer.

In plaats daarvan werken beide in een werksysteem als onderdeel van de Smart Factory samen. Omdat deze samenwerking voordelig is, zijn er veel Fabrikant van cobots en minstens evenveel systeemintegrators wier systemen dankzij cobots op een zeer productieve manier kleinere batchgroottes produceren.

Duidelijke principes voor samenwerking tussen robots

Veel productiebedrijven in een grote verscheidenheid aan industrieën vragen zich af waar ze rekening mee moeten houden bij het ontwerpen en exploiteren van dergelijke robotcellen met mens-robot-samenwerking.

Evenementtip: Seminars over robotica

Voor dit nieuwe type samenwerking normatieve grondslagen gemaakt. Het doel hiervan is om de robot te gebruiken Veiligheidstoestellen om mensen uit te rusten om zichzelf te beschermen. Zo werd de robot een cobot. Zoals algemeen in de machineveiligheid of binnen het toepassingsgebied van de Machinerichtlijn is de piramide van normen met geharmoniseerde Type A-, Type B- en Type C-normen ook van toepassing op collaboratieve robots.

De algemene piramide van normen

Als Type A-normen is de basisveiligheidsnorm EN ISO 12100 (risicobeoordeling). De Type B1-normen worden iets specifieker. Ze hebben te maken met bijzondere veiligheidsaspecten. Voorbeelden zijn de bekende EN ISO 138349 voor veiligheidsgerelateerde onderdelen van besturingen en EN ISO 11161 voor geïntegreerde productiesystemen. De Type B2-normen bieden specificaties voor individuele typen veiligheidsvoorzieningen, zoals noodstopvoorzieningen (EN 13850).

Er zijn verschillende technische standaarden specifiek voor robotica Type C-normen. Dit bevat:

EN ISO 10218: Industriële robots – Veiligheidseisen, onderverdeeld in deel 1 (Robots) en deel 2 (Robotsystemen en integratie). Hier worden veiligheidseisen voor robotcellen gedefinieerd.
EN ISO 11161: Veiligheid van machines - Geïntegreerde productiesystemen - Essentiële eisen
ISO/TS 15066: Robots en robotapparaten – collaboratieve robots

Deze laatste norm is echter niet geharmoniseerd en staat dus niet onder de MRL.

Bovendien is de serie normen beschikbaar EN ISO 10218 kort voor de release van een herziene versie. Vanaf dit punt zullen deel twee van de normenreeks de eisen uit ISO/TS 15066 bevatten, zodat de eisen aan systemen voor mens-robot-samenwerking binnenkort volledig uit EN ISO 10218-2 kunnen worden overgenomen.

Naast de normen zijn er nog andere nuttige documenten over dit onderwerp machineveiligheid bij collaboratieve robots. DGUV-informatie 209-074 “Collaborating robot systems” inclusief een checklist en een VDMA-position paper “Veiligheid in de samenwerking tussen mens en robot” en verschillende nuttige whitepapers van TÜV Oostenrijk gaan bijvoorbeeld over het onderwerp robotica.

De weg naar een samenwerkingssysteem volgens ISO/TS 15066

EN ISO 10218 definieert dit Räume, waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van de veiligheidsmaatregelen van robotcellen. Het heeft invloed op de maximale ruimte, de beperkte werkruimte, de bedieningsruimte en het beschermde gebied van collaboratieve robots.

Bovendien hebben collaboratieve robots er een Samenwerkingsruimte, die wordt beschreven in EN ISO 10218-1 en ISO/TS 15066. Mensen en robots kunnen er tegelijkertijd in zitten en taken uitvoeren. De bijbehorende bedrijfsmodus wordt ‘samenwerking’ genoemd.

Dit resulteert ook in het ontwerp van de beschermingsmiddelen van samenwerkende robots of op de veilige manier ernaar toe COBOT eine Piramide van drie:

Opbouw/selectie van de robot volgens ISO 10218-1 (robotfabrikant)
Ontwerp van de robotcel volgens ISO 10218-2 en indien nodig ook ISO 11161 (integrator)
Overweging van ISO/-TS 15066 voor samenwerking (integrator).

Vereisten voor samenwerking

Wat zijn de specifieke vereisten voor de Ontwerp en planning een robotcel als “collaboratief werksysteem” volgens ISO/-TS 15066? Zodra de indeling van de cel is gedefinieerd, moet de ontwerper de gevaren bepalen en een risicobeoordeling uitvoeren. Dit resulteert in de noodzakelijke maatregelen om het risico te verkleinen. De toegestane maatregelen voor een collaboratief werksysteem zijn beschreven in ISO/-TS 15066 en worden daar met de bijbehorende eisen gedefinieerd.

Het ontwerpen van de lay-out van de robotcel

Het ontwerp van de lay-out is een Kernproces in risicoreductie in collaboratieve robotcellen. In de indeling specificeert de ontwerper de bovengenoemde ruimtes, inclusief de samenwerkingsruimte, evenals de toegang tot de gevarenzones. Er moet rekening worden gehouden met de ergonomie Human-machine interface moet rekening worden gehouden en indien nodig met de extra ruimte voor het volgen van bewegingen van de robot, b.v. B. is vereist nadat de noodstopinrichting is geactiveerd.

Houd rekening met speciale risico's

Ontwerpers en veiligheidsingenieurs moeten ook iets bijzonders hebben potentieel gevaar door robots en neem deze mee in de risicobeoordeling. Niet voor niets moesten in het verleden de werkgebieden van mens en robot strikt gescheiden worden gehouden. De gevarenlijsten in bijlage A van EN ISO 10218-1 en EN ISO 10218-2, die specifiek ingaan op de gevaren van robots en die in robotcellen, zijn in deze context behulpzaam.

Het potentiële gevaar bestaat onder meer uit een meebewegende robot hoge energie beweegt zich over een lange afstand en zijn reispad is moeilijk te voorspellen. Ook is te verwachten dat meerdere robots in een gemeenschappelijke operatiekamer zullen werken. De samenwerkingsruimte moet daarom duidelijk worden gedefinieerd. Elke operator in deze ruimte of in het werkgebied van de robot moet over een eigen bedieningselement beschikken. Het is ook veilig in gebruik Software voorgeschreven voor as- en ruimtebeperking. Meestal wordt dit geleverd door de robotfabrikant.

Mogelijkheden voor het ontwerpen van een samenwerkend bedrijf

De ISO / TS richt zich op vier mogelijkheden voor samenwerking tussen operator en robot. Deze omvatten:

Handgeleiding van de robot (beweging van de Robotarm door menselijke kracht)
Snelheids- en afstandsbewaking (snelheid verlagen door afstand)
Op veiligheid beoordeelde bewaakte stop (stopcategorie 2, herstart bij het verlaten van de samenwerkingsruimte)
Prestatie- en krachtbeperking (risicovermindering door verminderde krachten).

Bijna al deze methoden vereisen Control Technology, dus aanvullende veiligheidsvoorzieningen moeten worden geëvalueerd.

Machts- en krachtbeperking in de samenwerking tussen mens en robot

Het grootste gevaar als mens en robot samenwerken is dit toevallig contact van beiden. Bij het beperken van macht en geweld moeten de gevolgen van dergelijk contact daarom tot een minimum worden beperkt. Als er kans is op contact in de samenwerkingsruimte, moet rekening worden gehouden met de blootstellingslimieten op basis van individuele lichaamsdelen.

Dit kan worden gerealiseerd door middel van passieve arbeidsveiligheidsmaatregelen zoals schuimvulling, een groter contactoppervlak of het beperken van de bewegende massa's. De ontwerper kan dit ook actief voorkomen met behulp van besturingstechnologie door kracht of koppel te beperken sensoren geïntegreerd, dat de operator detecteert.

Veilige monitoring van de cobots

Wanneer robotcellen gezamenlijk worden bediend, moeten verschillende veiligheidsfuncties worden geïmplementeerd. Afhankelijk van de samenwerkende werking, kracht, koppel, snelheid of positie van de Robot-as op een veiligheidsgerelateerde manier gecontroleerd. Een bedrijfsmoduskeuzeschakelaar en toestemmingsschakelaar maken doorgaans ook deel uit van de veiligheidsgerelateerde uitrusting. De relevante producten en systeemoplossingen worden geleverd door de beproefde Schmersal-portefeuille beschikbaar.

Na ontwerp: verificatie en validatie

Volgens ISO/TS 15066 moet het resultaat van het ontwerp van een collaboratieve robotcel definitief worden geverifieerd en gevalideerd. Vanwege het hoge risicopotentieel in de robotica is deze stap essentieel om eindelijk de veiligheid te bevestigen en naleving van de Machinerichtlijn te bereiken. De diensten van Schmersal bieden ondersteuning hierbij en bij de voorafgaande werkstappen zoals conformiteitsbeoordeling, risicobeoordeling, kracht- en drukmeting tec.nicum de gebruikers. De veiligheidsadviseurs beschikken over de nodige expertise en een hoog niveau van branche-expertise op zeer uiteenlopende gebieden industriële automatie.