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人类与自然的守卫者--SICK人机协作安全解决方案



人机协作 (HRC) 描绘了人与自动化机器共享同一工作区并在其中同时工作的场景。在工业 4.0 的推动下,该合作模型保证了高度灵活的工作流程、极高的系统可用性与生产力及经济效益。SICK为 HRC(协作机器人)提供了特定的安全应用解决方案。


工作流程灵活化是工业 4.0 的一大主题。在极端情况下,该主题延伸至在大批量工业生产条件生产相同规格的产品,在产品和生产流程通过现代信息与通信技术相融合的“智慧工厂”(smart factory),一方面采用智能化和自主化的机器。另一方面工业生产中的人机互动的频率有所增加——人的能力与机器人的能力相结合,可形成工作循环更佳、质量更好并且成本效率更高的生产解决方案。同时,与人互动的自主式机器人需要有效支持生产流程灵活化的新型安全理念。


人机互动:空间与时间的问题

人与机器的互动并非伴随工业 4.0 才成为工业自动化的重点。此前占比约 90%的人机非接触式应用两大互动场景为:共存与合作。时间和空间上的隔离是传统的停止方式。人与机器在互动过程中同时居于相邻区域的工作交互区域,单个机器安装工作站便是一个典型的应用案例。人与机器同时在相邻工作区内工作,通道部分由例如安全光幕 deTec4 Prime 进行监控。若人与机器在互动过程中共享同一工作区,但在不同时间点于其中工作,则满足人机合作的条件。当工作人员进入装配机器人的中转站内,工人放入工件时——具有多个同步保护区域的安全激光扫描器 S3000 若检测到该工人,将确保机器人减速或在安全监控下停止运动。


在工业 4.0 的框架下,第三种互动形式越来越引人关注:人与机器人协作。在这种情况下,二者于相同时间内共享同一工作区。一个相关示例是带有机器人的移动式平台,机器人从传送带或托盘上夹取零件,并在运输至工位后将其递给那里的工人。在这样的协作型场景中,传统的共存型或合作型安全检测解决方案无法再满足需要——如今必须根据实际危险程度来监控和限制机器人的力量、速度和行进路线,并在必要时使其停止。因此,人与机器人之间的距离成为极其重要的安全相关参数。




始终从风险评估开始——即使在面对“协作机器人”时


不同的人机协作工作站硬件或软件参数设置都是不同的,即使所使用的机器人是专门为人互动而开发,也需要单独评估 HRC 应用的风险——这样的“协作机器人”从基本设计上便呈现诸多固有安全的结构特点。同时,协作空间范围也有基本的要求,例如与相邻的工作区域、存在挤伤或夹伤危险的可进入区域需要保持的最小距离。IEC 61508、IEC 62061 和 ISO 13849-1/-2 等通用标准构成 HRC 应用功能安全的规范性依据。此外,还应考虑到涉及工业机器人安全的 ISO 10218-1/-2 和有关协作型机器人的 ISO TS 15066。机器人系统的开发商和集成商不仅要仔细检查机器人制造商采取的结构性防护措施是否符合标准,还要评估到可能残余风险和危害。为此应当根据 EN ISO 12100 对机器人系统及其运动过程和预定协作区进行风险评估,从中得出相应安全措施——例如按照 ISO/TS 15066 选择相应的协作模式。


协作型机器人系统的安全运行模式

依据以上技术规范,可分为四种协作运行模式。“安全相关监控停止”模式使机器人停止与人互动;在“手动操控”模式中,通过在适当减速的情况下有意识地手动操控机器人确保安全的 HRC。在第三种协作模式“速度与力量限制”中,通过例如安全控制器的限制功能将机器人的功耗、力量和速度,不管是机器人和操作人员之间有意或无意的身体接触,速度机器人达到所需的安全生物力学负荷能力在其中工作有没有危险或受伤都可以预料的。 “速度与距离监控”协作模式完全符合工业 4.0 和智慧工厂中生产流程的高度灵活工作场景的需要。基于对机器人速度和行进路线的监控并根据受保护协作区内操作人员的工作速度进行调整。在该模式中,安全保护距离一直受到监控并在必要时使机器人减速、停止或更改其行进路线。若操作人员与机器间的距离超过最小距离时,则机器人系统可以通常速度和行进路线自动继续运动。从而立即恢复机器人的生产效率。




HRC 的功能安全:一站式提供专业知识、产品组合和方案实施


在人机协作(HRC)应用不同类型的ISO / TS 15066的合作,速度和距离监控在未来具有非常大的市场潜力,也鉴于之前占据主导地位的共存型与合作型互动应用场景,显然安全传感器与控制器技术正面临实现无障碍 人机协作的新挑战。未来的应用的人机协作性要求越高,对共用工作区安全性的要求就越高。作为传感器,控制和功能安全系统解决方案的制造商和通过整体提供安全系统解决方案以及从风险评估和安全理念全面的安全服务供应商,SICK 在安全型机器人应用的设计上拥有丰富的专业知识和经验。人机协作应用 在所有人机互动应用中仅占SICK很小一部分。SICK 为实现机器人应用功能安全持续开发并实现的创新型解决方案,始终致力于:建立全新的安全行业标准,提供整体性安全解决方案守护着人类与自然的和谐,让您与设备和机器人之间实现更安全,更高效,更智能的工作!


发布时间:2016年11月7日 17:10 人气: 审核编辑:ZYW
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