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工业4.0 | 人-机智能协作安全解决方案

  • 关键词:HRC,自动化机器,人机智能协作
  • 摘要:人- 机协作(HRC)指的是人和自动化机器共享工作空间并同时进行作业的工作场景。由于受工业4.0驱动,这种模型可以实现高度灵活的工作过程、最高的工厂可用率和生产力以及经济效率。但是有一个前提条件,就是必须采用与具体应用相适应的安全技术。

人- 机协作(HRC)指的是人和自动化机器共享工作空间并同时进行作业的工作场景。由于受工业4.0驱动,这种模型可以实现高度灵活的工作过程、最高的工厂可用率和生产力以及经济效率。但是有一个前提条件,就是必须采用与具体应用相适应的安全技术。




人-机交互:空间和时间问题

在提出工业4.0之前很长时间内,工业自动化领域就开始关注人和机器之间的交互。到目前为止,主要提出了两种交互场景–共存与合作–覆盖了90%的人机交互情况。在这里,空间和时间都是非常重要的交互参数。


共存:人和机器在交互期间同时处于相邻区域。


合作:人和机器共享同一个工作区域,但是各自在不同的时间开展工作。




在工业4.0框架下,第三种交互形式越来越受到人们关注:人和机器人之间的协作,他们会同时处于同一个工作空间。在协作场景下,具有安全运动学特性的标准工业机器人不再能提供足够的安全性,必须使用协作型机器人。

在这种情况下,必须根据实际的风险等级,对机器人的力度、速度和运动路径进行监控和限制。在必要的时候,机器人需要停止或关闭。因此,人与机器人之间的距离就成了决定性的安全参数。


风险评估始终排在第一位 – 即使使用coboter(协作型机器人)也不例外

每一个人-机协作场景都不相同,即使所使用的机器人是专为与人之间的此类协作而开发的,也必须对每个HRC单独进行风险评估,此类协作型机器人从最初设计时就要确保多种本质安全特性。

与此同时,协作空间必须满足基本要求,比如与存在挤压或受困危险的临近可访问区域之间的最小距离要求。HRC应用的功能安全标准是以许多通用标准为基础的,比如IEC 61508、IEC 62061和ISO 13849-1/-2等标准。此外,还要考虑ISO 10218-1/-2工业机器人安全标准和ISO/TS 15066协作型机器人设计标准。




机器人系统开发商和集成商不仅要仔细检查功能性,确保满足机器人制造商在设计方面所采取防范措施的标准要求,还要将所有残留危险和风险都考虑在内。因此,必须按照ISO 12100标准对机器人系统进行风险评估,以确定降低风险所需要的安全措施(比如安全光幕或安全激光扫描仪等)。


安全导向的协作型机器人系统运行模式

根据ISO/TS 15066技术标准,共有四种不同的协作运行模式:


安全监控停机:

让机器人停止,以与人进行交互。


人工引导:

以人工方式引导机器人在合适的低速度下运行,从而确保HRC安全。


功率和力度限制:

通过减小机器人的功率、力度和速度来实现必要的安全性,比如使用安全相关控制系统的限制功能,或者带有生物机械负荷限制功能的本质安全型机器人设计,都能确保不会出现危险或伤害。无论人和机器人之间发生有意还是无意的物理接触,上述安全特性都能得到保证。


速度和距离监控:

一种高度灵活的工作模式。通过对机器人的速度和运动路径进行监控,主动适应受保护协作空间内操作员的工作速度。安全距离会被全程监控,并且在必要时会让机器人减速或停止,或者改变其运动路径。当操作员和机器之间的距离再次增加到容许最小距离以上时,机器人会恢复正常速度和运动路径。这样可以及时地恢复机器人的生产力。




HRC功能安全:一站式提供专业技能、丰富产品和实施支持

在ISO/TS 15066标准提出的四种协作模式中,“速度和距离监控”在HRC应用方面具有最大的发展潜力。因此,我们既不能忽略目前仍是主流的共存和合作式交互模式,也要清楚安全导向的传感器和控制技术在确保顺畅的人-机协作方面面临着新的挑战。




西克(SICK)成立于1946年,历经多年的发展与积累,已成为极具影响力的智能传感器解决方案供应商,产品广泛应用于各行各业,包括包装、食品饮料、机床、汽车、物流、交通、钢铁、机场、电子和纺织等行业。西克中国目前已在广州、上海、北京、青岛和香港等地设有分支机构,并形成了辐射全国各主要区域的机构体系和业务网络。

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发布时间:2017年6月15日 16:29  人气:   审核编辑(王静)
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