Dołącz do czytelników
Brak wyników

Dodatek specjalny: Rozwiązania IT dla produkcji

7 czerwca 2022

NR 3 (Maj 2022)

Czujniki bezpieczeństwa dla robotów

0 44

Coraz powszechniejsza obecność robotów w każdej strefie produkcyjnej wymaga zwiększenia działań zmierzających do zapewnienia bezpieczeństwa operatorom. Tradycyjna klatka nie zawsze wystarcza, bowiem coraz częściej ciężkie roboty przemysłowe spotykane są w obszarach, gdzie pracuje operator lub tam, gdzie musi mu być zapewniony dostęp. Rozwiązaniem są zaawansowane systemy bezpieczeństwa oparte na czujnikach, które zapewniają ochronę, nie obniżając przy tym wydajności robotów.

Mechaniczne elementy zabezpieczające, takie jak ogrodzenia czy klatki, spełniają swoje zadanie tam, gdzie praca wykonywana przez człowieka nie jest konieczna lub następuje jedynie w następstwie prac serwisowych. Zastosowane wówczas czujniki przekazują informację o otwarciu drzwi, prowokując zatrzymanie maszyny. Coraz częściej jednak nie jest to wystarczające. Dlatego wdrażane są nowe rozwiązania, oparte na funkcji kontroli stref, osi, narzędzi czy prędkości robota.

Metody zapewnienia bezpieczeństwa w kontakcie robota z człowiekiem 

Zgodnie z normą PN-EN ISO 10218-2 wyróżnić można cztery metody współpracy operatora z robotem, a co za tym idzie – cztery czynności niezbędne dla zapewnienia mu bezpieczeństwa.
Jeśli robot pracuje zwykle bez udziału operatora, ale nagle człowiek pojawi się w jego strefie, powinno nastąpić bezpieczne zatrzymanie robota. Pozwala na to funkcja STO (Safe Torque Off) lub SS1 (Safe Stop 1). Awaryjne zatrzymanie robota następuje poprzez otwarcie drzwi bezpieczeństwa i przesłanie informacji o wejściu człowieka w obręb działania maszyny przez czujnik bezpieczeństwa.
Jeśli robot prowadzony jest za pomocą ręki operatora, sterowany przy pomocy tzw. teach pendanta, zastosowana powinna zostać metoda SLS (Safety Limited Speed), która powoduje kontrolowane hamowanie do określonej prędkości docelowej. Napęd jest zwalniany do momentu osiągnięcia określonej prędkości końcowej, która jest następnie monitorowana. 
Jeśli operator pracuje w sąsiedztwie robota bez użycia wygrodzeń, konieczne jest kontrolowanie jego pozycji względem robota i na tej podstawie ustalanie jego prędkości. Zwykle do osiągnięcia takiego celu wykorzystywany jest skaner bezpieczeństwa połączony z robotem. W sytuacji, w której operator zbliża się do robota, jego prędkość spada. Gdy człowiek pojawi się w niebezpiecznej strefie –
robot całkowicie się zatrzymuje. W takiej sytuacji stosowane są metody SLS lub STO.
W przypadki cobotów, czyli robotów współpracujących, nie można odseparować człowieka od robota. Dlatego urządzenie wyposaża się w czujniki kontrolujące jego siłę i/lub moment. Dopuszczalne siły opisane są w ISO/TS 15066. Gdy zostaną przekroczone, kontakt z człowiekiem powinien prowadzić do zatrzymania robota, np. przy użyciu funkcji STO. 

Najnowsze systemy bezpieczeństwa

Inżynierowie wciąż pracują nad aplikacjami, które zapewnią jak najwyższy stopień bezpieczeństwa operatorom. Na rynku znaleźć można obecnie kilka zaawansowanych systemów opartych na czujnikach.
SafeMove 2 jest systemem przeznaczonym dla robotów ABB. Eliminuje potrzebę stosowania klatek bezpieczeństwa czy kurtyn świetlnych. Do kontrolera robota dostarczana jest karta z software’em, za pomocą której uruchamiane są bezpieczne strefy, bezpieczne zakresy osi, bezpieczna prędkość, bezpieczny postój oraz cykliczne sprawdzanie hamulców.
Dual Check Safety (DCS) powstał z kolei z myślą o robotach Fanuc. Rozwiązanie to opiera się na dwóch mikroprocesorach kontrolujących pracę serwonapędów. Rzeczywista prędkość robota porównywana jest z analizowanymi danymi układu. DCS pozwala na kontrolę pozycji, prędkości, bezpiecznych stref i nadzorowanie narzędzi robota. 
Functional Safety Unit przeznaczony jest do ulepszonych robotów Motoman. Rozwiązanie to zapewnia niezawodną kontrolę strefy i pozycji narzędzia, monitorowanie pozycji robota i ograniczenie prędkości. Monitoruje limit osi oraz ograniczonej przestrzeni, monitoruje również prędkość osi danych i kąt i zmianę narzędzia.

Czujniki bezpieczeństwa

Dobór czujników bezpieczeństwa dla robotów wymaga określenia wymagań, a także rodzaju zabudowy i warunków brzegowych aplikacji. Jeśli mamy do czynienia z montażem ukrytym, najlepsze będą czujniki magnetyczne PSENmag. W przypadku swobodnego montażu lepiej sprawdzą się czujniki działające w oparciu o technologię RFID, takie jak PSENcode. Za jego pomocą możliwe jest monitorowanie aż do trzech pozycji – dlatego stosowany jest w aplikacjach, w których zachodzą działania ręczne, takie jak podawanie czy odbieranie elementów ze otoczonego klatką stanowiska robota.
Może zajść także sytuacja, w której urządzenia zabezpieczające muszą być zainstalowane w sąsiedztwie strefy niebezpiecznego ruchu. Tu najbardziej efektywne będą zabezpieczenia mechaniczne lub wygrodzenia z ryglami PSENsgate. 
Dla zabezpieczenia pracy człowieka często wykorzystuje się także bezdotykowe kurtyny świetlne PSENopt lub skanery laserowe PSENskan. Innym rozwiązaniem są maty bezpieczeństwa PSENtactile, stosowane zwłaszcza w aplikacjach narażonych na zapylenie, dym czy parę wodną.
Wymienione rozwiązania mogą się okazać niewystarczające. Gdy istnieje potrzeba wyodrębnienia tych sytuacji, w których człowiek znajduje się w strefie niebezpiecznych ruchów czy w strefie bezpieczeństwa, konieczna jest bardziej dynamiczna ochrona, oparta na zastosowaniu kamer. Pozwalają one na monitorowanie pól i stref bezpieczeństwa w przestrzeni wielowymiarowej. Przykładem może tu posłużyć system kamer 3D SafetyEYE.

Podsumowanie

Nadal konieczny jest rozwój systemów bezpieczeństwa dla coraz to bardziej zaawansowanych aplikacji. Kamery 3D są obecnie najbardziej efektywnym rozwiązaniem, a w przyszłości być może będzie miał możliwość elastycznego reagowania na obecność człowieka, redukując liczbę przestojów.
Zawsze jednak dobór rozwiązania do konkretnej aplikacji jest możliwy dopiero po uwzględnieniu jej indywidualnych cech i ocenie ich wpływu na bezpieczeństwo.

Przypisy