Člověk má spolupracovat s průmyslovým robotem, je to vůbec možné?

Spolupráce člověka a robota ve sdílených pracovních oblastech je dnes žádanější než kdy jindy. Trend k robotickým buňkám bez ochranného oplocení a k co nejmenší konstrukční velikosti v průmyslu dále pokračuje. V tomto kontextu má být robot začleněn do ručních pracovních kroků co nejjednodušeji a bez jakýchkoli kompromisů.
K uspokojení této rostoucí potřeby spolupráce člověka a robota jsou zapotřebí tvůrčí nápady a praktická řešení. Výhody klasické průmyslové robotické buňky, jakými jsou například rychlost, přesnost, vysoká produktivita a dlouhá životnost ovšem nesmí přijít zkrátka. Kromě toho hraje důležitou roli i užitečné zatížení robota, které bylo dosud ve stávající spolupráci člověka a robota velmi omezené.

Kolaborativní roboty nemohou splnit tyto vysoké nároky průmyslu, protože pracují při výrazně nižších rychlostech a nižším užitečném zatížení než průmyslové roboty. Limity se rychle projeví také v oblasti konektivity a možností integrace do stávajících systémů. Z tohoto důvodu KUKA nyní společně se společnostmi SICK a Blue Danube Robotics nabízí ucelené řešení, které kombinuje nejvyšší produktivitu a nejnovější bezpečnostní standardy pro kolaborativní aplikace. Zaručuje bezpečnou spolupráci mezi robotem a člověkem, a to při užitečném zatížení několika 100 kg. Hladkou souhru všech komponent umožňuje řídicí systém robota a technologický balíček KUKA SafeOperation.

Systémová varianta sBot_Speed CIP pro KUKA od společnosti SICK kombinuje skener microScan3 s bezpečnostním řídicím systémem Flexi Soft a bránou EFI-pro. Již ověřený bezpečnostní systém umožňuje bezpečné simultánní monitorování několika ochranných polí a detekuje navíc osoby, které případně vstoupí za zabezpečenou oblast. Nastavení a komunikační parametry podle specifikací robota jsou již předkonfigurovány a díky EtherNet/IP™ CIP Safety™ je lze rychle a bezpečně integrovat do řídicího systému KUKA KRC4. To šetří drahocenný čas při plánování a vyhodnocování bezpečnostní koncepce.

Pomocí microScan3 je robotická buňka neustále monitorována a pracovní oblast je rozdělena do tří zón (viz obrázek). Pokud se žádná osoba nenachází v nebezpečné oblasti (zelená zóna), robot může dosáhnout lineární rychlosti až 2 m/s. Srovnatelný kolaborativní robot pracuje maximální rychlostí 1 m/s. Pokud se k robotovi přiblíží osoba a je tedy v oranžové zóně, rychlost robota se sníží tak, že splňuje požadavky na základě posouzení rizik podle ISO TS15066. Oranžová zóna slouží coby detekční oblast a používá se jako nárazníková zóna, aby robot mohl snížit rychlost, která je následně potřebná. Vstup do žluté zóny nyní aktivuje bezpečné monitorování této snížené rychlosti. Pokud je tato rychlost překročena, robot se zastaví pomocí bezpečnostního zastavení 1 (NOUZOVÉ ZASTAVENÍ v blízkosti dráhy) podle EN 60204. Pokud osoba opět opustí oranžovou a žlutou zónu laserového skeneru a v nebezpečné oblasti tak už žádná osoba není, robot automaticky zrychlí na naprogramovanou rychlost.

Technologický balíček SafeOperation je v této souvislosti rozhraním mezi bezpečnostními komponentami. Zpracovává signály bezpečnostního rozhraní, monitoruje pohyb robota a nabízí další bezpečnostní funkce. Mezi ně patří vymezování bezpečných kontrolních prostor, bezpečné monitorování rychlostí a pravidelné seřizovací referencování. Pomocí těchto doplňkových funkcí lze během celého provozu monitorovat polohu nástroje a v případě chyby robota bezpečně zastavit. Aby bylo možné dostatečně rychle zastavit pohyby robota v případě narušení mezí prostoru, musí být brzdy v dokonalém stavu. To se provádí prostřednictvím automatického testu brzd. Cyklicky se při tom kontroluje, zda jsou brzdné momenty motorů dostatečně vysoké a zda v případě potřeby zajistí bezpečné zastavení robota.

Aby také ovládání mezi průmyslovým robotem a člověkem bylo co nejpraktičtější a nejefektivnější, používá se volitelný balíček KUKA.Handguiding. Řídicí balíček umožňuje bezdrátové ruční navádění průmyslových robotů obzvláště uživatelsky přívětivým způsobem. Řízení probíhá pomocí 6D myši namontované na robota, která umožňuje programovat pohybové body a zaznamenávat pohybové sekvence. To umožňuje pojezd průmyslovými roboty KUKA jednoduchým a intuitivním způsobem. Použití tohoto balíčku nevyžaduje ani školení ani časově náročné instruování pracovníků.

Aby bylo možné zaručit bezproblémový a hladký provoz, musí ladit také komunikace mezi jednotlivými komponentami. Připojení bezpečnostního systému SICK (bezpečnostní laserový skener microScan3 + bezpečnostní řídicí systém Flexi Soft) k řídicímu systému robota se provádí přes bezpečnou průmyslovou sběrnici jako Ether-Cat/FSoE, EtherNet/IP/CIP Safety nebo PROFINET/PROFIsafe. Plášť AIRSKIN je připojen k bezpečnostním vstupům bezpečnostního řídicího systému přes 2 kanály.

Společně s partnery, Blue Danube Robotics a SICK byl proveden pečlivý výběr komponent tak, aby byla možná co nejjednodušší integrace při zachování nejvyššího bezpečnostního standardu. Test proběhl v aplikační centru KUKA ve Steyreggu, kde byla důkladně kontrolována a testována interakce jednotlivých komponent.