prefazione:Shanghai Lujia Automation Technology Co., Ltd.Mentre i robot industriali tradizionali sostituiscono gradualmente il lavoro monotono, ripetitivo e pericoloso,Trasformazione della ricerca e dello sviluppointelligenzaRobot collaborativiworkstationPenetrerà gradualmente anche in vari campi industriali e lavorerà insieme alle persone.

1. Collaborazione partner

A causa dell'incapacità dei robot attuali di completare le attività in modo indipendente, è necessario installare strumenti finali appropriati e aggiungere le necessarie strutture ausiliarie esterne per formare una postazione di lavoro robot per il normale funzionamento. Pertanto, quando parliamo di collaborazione, non ci riferiamo ai robot(RobotCollaborazione con gli esseri umani, ma piuttosto con i sistemi robot(Robot System)Collaborazione tra individui.

Robot system(Il concetto di Robot System comprende:

Robot industriali(Industrial Robot）；

effettore finale/Strumento [Effettore finale (s)];

Altri sensori, dispositivi, impianti meccanici e assi esterni utilizzati per supportare i robot nel completamento delle attività.

In qualsiasi specifica relativa alla sicurezza dei robot, per la valutazione del rischio(La descrizione della fase di valutazione del rischio, che riguarda i sistemi robot, richiedeRobot collaborativiA proposito, e' la stessa cosa. Ad esempio, se un coltello affilato viene installato alla fine di un robot collaborativo per il taglio, sebbene il robot sia relativamente sicuro, gli strumenti utilizzati sono molto pericolosi, rendendo difficile per un sistema robot soddisfare i requisiti della collaborazione uomo-macchina.

La maggior parte del lavoro di valutazione della sicurezza per l'intero sistema robot dovrebbe essere svolto da integratori.

Va sottolineato che i robot collaborativi non sono incondizionatamente sicuri e prima dell'uso deve essere condotta una valutazione dei rischi per determinare le misure di protezione appropriatePrendendo ad esempio UR (Universal Robot), dopo aver condotto una valutazione del rischio conforme, solo circa l'80% dei casi non richiede l'uso di misure di sicurezza aggiuntive:

Around 80% of the 6 axis UR robots worldwide operate with no safety guarding after initial risk assessment.

2. Modalità di collaborazione

Quando parliamo della collaborazione uomo-macchina, la prima cosa che viene in mente èUR, LBR iiwa e Sawyer sono robot leggeri con figure sottili e forme moderne, ma in realtà la collaborazione uomo-macchina non è esclusiva dei robot collaborativi, ma i robot tradizionali possono anche svolgere attività collaborative.

Quattro metodi di collaborazione uomo-macchina sono stati proposti in ordine decrescente di livello di collaborazione (Methods）， in particolare:

Safety-rated monitored stop(Monitoraggio del livello di sicurezza interrotto)

Hand guiding(Guida manuale)

Speed and separation monitoring(Monitoraggio della velocità e della distanza)

Power and force limiting(Limitazioni di potenza e forza)

Robot tradizionali dotati di adeguati controllori di sicurezza/Con l'opzione di sicurezza, è possibile ottenere funzioni di collaborazione di 1-3. Per il quarto tipo, è generalmente difficile da raggiungere.

Safety-rated monitored stop(Monitoraggio del livello di sicurezza interrotto)

Questo è il metodo di collaborazione di base, che significa che quando il personale entra nell'area di collaborazione, il robot si ferma e garantisce un riposo sicuro, in modo che l'operatore possa eseguire determinate operazioni (come l'installazione di pezzi da lavorare sul robot, la sostituzione degli utensili utilizzati dal robot, ecc.); Quando il personale lascia l'area collaborativa, il robot può automaticamente riprendere il funzionamento normale (Non-Collaboratively）， Cfr. la figura seguente:

Può sembrare complicato, ma in realtà, è solo necessario prestare attenzione alle due aree rosse nella foto sopra, cioè Quando sia l'operatore che il robot si trovano nell'area di collaborazione, il robot deve rimanere fermo.

Hand guiding(Guida manuale)

La guida manuale è un metodo di collaborazione leggermente più avanzato, simile all'attuale insegnamento drag and drop. In modalità di guida manuale, l'operatore opera attraverso un dispositivo azionato manualmente (I dispositivi azionati a mano trasmettono comandi di movimento al sistema robot. Prima che l'operatore possa entrare nell'area collaborativa e svolgere attività di guida manuale, il robot avrebbe dovuto trovarsi in uno stato di arresto del monitoraggio del livello di sicurezza. L'operatore controlla il robot per completare le attività manipolando manualmente il dispositivo di guida installato presso o vicino all'effettore finale del robot.

Il processo di funzionamento guidato manuale è il seguente:

Il robot entra nell'area collaborativa e attiva un arresto di monitoraggio del livello di sicurezza, preparando la guida manuale--Successivamente, l'operatore è autorizzato ad entrare nell'area collaborativa;

Quando l'operatore inizia a utilizzare il dispositivo di guida manuale per controllare il robot, il monitoraggio della sicurezza interrompe il contatto e l'operatore inizia a guidare il robot al lavoro;

Quando l'operatore rilascia il dispositivo di guida manuale, il monitoraggio della sicurezza deve essere attivato per arrestarsi;

Quando l'operatore lascia l'area collaborativa, il sistema robot può tornare alla modalità non collaborativa.

Se l'operatore entra nell'area collaborativa e il sistema robot non è pronto per la guida manuale, deve essere attivato un arresto protettivo (Protective Stop）。

Speed and separation monitoring(Monitoraggio della velocità e della distanza)

In questa modalità, sia i robot che il personale possono apparire nell'area collaborativa, ma deve essere mantenuta una distanza di sicurezza tra robot e personale. Quando la distanza tra i due è inferiore alla distanza di sicurezza, il robot si ferma immediatamente. Dopo il congedo del personale, il robot può riprendere automaticamente il funzionamento, ma deve comunque mantenere una distanza di sicurezza. Se il robot riduce la sua velocità di movimento, anche la distanza di protezione di sicurezza può essere ridotta di conseguenza.

Il monitoraggio della velocità e della distanza è applicabile al personale all'interno dell'area collaborativa. Se l'esecuzione delle misure di protezione è limitata dal numero di persone nello spazio collaborativo, il numero massimo consentito di persone dovrebbe essere specificato nelle istruzioni per l'uso. Quando il numero è superato, la protezione dovrebbe essere attivata per fermarsi(Protective Stop）。

Quando la distanza tra un componente pericoloso nel sistema robot e qualsiasi persona è inferiore alla distanza di sicurezza, il sistema robot deve:

arresto di protezione dell'innesco;

Funzioni di livello di sicurezza attivate collegate al sistema robot (come lo spegnimento di utensili che possono causare pericolo);

I metodi che i robot possono utilizzare per ridurre il rischio di violare le distanze di sicurezza includono, a titolo esemplificativo e non esaustivo:

Ridurre la velocità e può passare a uno stato di arresto sicuro del monitoraggio;

Scegliere un percorso che non violi la distanza di sicurezza e continuare a muoversi mantenendo attive le funzioni di monitoraggio della velocità e della distanza;

Quando la distanza effettiva raggiunge o supera la distanza di sicurezza, il robot può tornare al suo normale stato di movimento.

L'attuazione di questo approccio collaborativo si basa su metodi esterni di rilevamento o rilevamento ed è limitata dai costi/I limiti di prestazione non sono molto comuni nelle applicazioni pratiche.

Power and force limiting(Limitazioni di potenza e forza)

（Iiwa è in grado di rilevare collisioni o compressione alla periferia e non causerà danni al corpo umano a causa di un intervento umano accidentale durante il montaggio

Nell'esperimento, quelli con funzione di rilevamento di collisioneKUKA iiwa， Dopo aver installato un pugnale alla fine, può essere fermato in modo sicuro senza causare lesioni

I tre metodi di collaborazione sopra menzionati sono più simili a mezzi passivi in un certo senso (anche se strettamente parlando, non sono passivi), e ciò che realmente consente ai robot collaborativi di raggiungere uno sviluppo rapido è la quarta, più essenziale, avanzata e più sicura funzione di collaborazione, Limitare le capacità e le forze che il robot stesso può produrre per prevenire eventi di lesioni che si verificano alla radice.

Inoltre, i tre metodi di cui sopra non consentono il contatto diretto tra esseri umani e robot (Physical Contact）， In questo modo è consentito un contatto fisico intenzionale o involontario tra il sistema robot (compresi i pezzi in lavorazione) e il corpo umano.

In questa modalità, le possibili situazioni di contatto tra l'operatore e il sistema robot sono le seguenti:

Il contatto programmato fa parte dell'intera applicazione.

Situazioni di contatto impreviste possono essere causate dal mancato rispetto delle procedure operative, ma non vi è alcun malfunzionamento tecnico (technical failure）。

Un guasto di modalità porta al contatto.

Il possibile contatto tra componenti robot mobili e diverse aree del corpo umano può essere suddiviso in due tipi:

Contatto quasi statico(Quasi-Static Contact）：Questa situazione si riferisce generalmente al corpo umano che viene inserito tra robot e altri componenti. A questo punto, il sistema robot applicherà una forza continua al corpo umano bloccato fino al rilascio dello stato.

Contatto transitorio(Transient Contact）：Conosciuto anche come impatto dinamico(Dynamic Impact）， Si riferisce a una situazione in cui il corpo umano è influenzato dalle parti mobili di un sistema robot e il corpo umano non è catturato o intrappolato dal sistema robot, con conseguente contatto effettivo a breve termine; Il contatto transitorio dipende dalla combinazione di inerzia robot, inerzia umana e velocità relativa tra i due.

(Il primo può essere visto come contatto transitorio nella figura sopra, mentre il secondo può essere visto come contatto quasi statico)

Limitare la potenza e la forza di uscita dei robot può garantire un lavoro sicuro per gli esseri umani vicino alle macchine senza ridurne l'efficienza o aumentare i costi di applicazione.