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Une collaboration entre Hommes et robots industriels, est-ce possible ?

Une interaction productive et sûre entre l’homme et le robot KUKA.


Une interaction adaptée à l’industrie

La demande de collaboration de l’homme avec le robot est aujourd'hui omniprésente. La tendance aux cellules robotisées sans grilles de protection et de taille aussi réduite que possible se poursuit dans l’industrie. Pour ce faire, le robot doit être intégré le plus simplement possible et sans compromis dans les étapes de travail manuelles.
Pour répondre à ce besoin croissant de Collaboration Homme-Robot, des idées créatives et des solutions réalisables sont nécessaires. Les avantages d’une cellule robotisée industrielle classique, tels que la vitesse, la précision, la productivité élevée et la longévité, ne doivent en aucun cas être négligés. De plus, la capacité de charge du robot joue également un rôle essentiel, celle-ci étant jusqu’à présent très limitée dans les coopérations homme-robot existantes.

Collaboration sûre du robot avec l’homme

Les robots collaboratifs ne peuvent pas répondre à ces exigences élevées de l’industrie car ils fonctionnent à des vitesses et avec des charges nettement inférieures à celles des robots industriels. Les limites apparaissent également rapidement dans le domaine de la connectivité et des possibilités d’intégration dans des installations existantes. C’est pourquoi KUKA, en collaboration avec SICK et Blue Danube Robotics, propose désormais une solution globale qui combine à la fois une productivité maximale et les dernières normes de sécurité pour les applications collaboratives. Il s’agit avant tout de garantir une collaboration sûre entre le robot et l’homme, et ce avec des capacités de charge de plusieurs centaines de kilos. Une interaction sans faille de tous les composants est rendue possible par le contrôleur de robot et le progiciel technologique Safe-Operation de KUKA.

Cellule robotisée sans grille de protection

L’exemple d’application est une application dans laquelle des composants sont assemblés manuellement, puis une inspection visuelle est effectuée par le robot. La cellule robotisée peut être conçue sans grille de protection et il est possible à tout moment de s’approcher du robot ou de collaborer directement avec lui. Le scanner laser de sécurité microScan3 de SICK protège de manière fiable contre les dangers de ce travail d’équipe étroit - et permet ainsi une collaboration aussi sûre qu’efficace de l’homme avec le robot.

Scanner laser de sécurité microScan3 de SICK

Système de sécurité sBot Speed Cip

La variante de système sBot_Speed CIP pour KUKA de l’entreprise SICK combine un microScan3 avec la commande de sécurité Flexi Soft et la passerelle EFI-pro. Le système de sécurité déjà vérifié permet une surveillance sûre et simultanée de plusieurs champs de protection et détecte en outre les personnes qui peuvent éventuellement passer derrière la zone sécurisée. Les réglages spécifiques au robot et les paramètres de communication sont déjà préconfigurés et peuvent être intégrés rapidement et en toute sécurité dans le contrôleur de robot KUKA KRC4 grâce à EtherNet/IP™ CIP Safety™. Cela permet de gagner un temps précieux lors de l’étude et de l’évaluation du concept de sécurité.

KUKA KR Agilus 2 avec AIRSKIN de Blue Danube Robotics

Concept de sécurité à 3 zones

Le microScan3 permet de surveiller en permanence la cellule robotisée et de diviser l’enveloppe d’évolution en trois zones (voir la figure). Si aucune personne ne se trouve dans la zone de danger (zone verte), le robot peut atteindre des vitesses linéaires allant jusqu’à 2 m/s. Un robot collaboratif comparable fonctionne au maximum à une vitesse de 1 m/s. Si une personne s’approche du robot et se trouve donc dans la zone orange, la vitesse du robot est réduite de manière à répondre aux exigences de l’évaluation des risques selon ISO TS15066. La zone orange sert de zone de détection et est utilisée comme zone tampon pour que le robot puisse réduire sa vitesse à la vitesse requise en conséquence. Entrer dans la zone jaune active désormais la surveillance sécurisée en lien avec cette vitesse réduite. Si celle-ci est dépassée, le robot s’arrête avec un arrêt de sécurité 1 (ARRÊT D’URGENCE proche de la trajectoire) selon la norme EN 60204. Si les zones orange et jaune du scanner laser sont à nouveau quittées et qu’aucune personne ne se trouve donc dans la zone de danger, le robot accélère de manière autonome jusqu’à la vitesse programmée.

Concept de sécurité à 3 zones

Une peau intelligente qui protège des blessures

Si un collaborateur se trouve à proximité du robot, celui-ci se déplace à une vitesse surveillée réduite. Si un contact se produit entre l’homme et le robot, les capteurs de AIRSKIN déclenchent également un arrêt de sécurité 1. AIRSKIN se compose de coussins d’air spécialement adaptés au robot, dans lesquels la pression est surveillée en permanence. Si un contact se produit, la pression interne change en raison de l’enfoncement du coussin d’air et AIRSKIN est actionné. Après le déclenchement, un collaborateur doit s’assurer qu’il est possible de continuer à travailler avec le robot. Après l’acquittement, le robot reprend le travail dans le programme,  à l’endroit où il a été interrompu. De plus, des LED intégrées indiquent à l’opérateur l’état de AIRSKIN.

KUKA.SafeOperation

Ici, le progiciel technologique SafeOperation fait office d’interface entre les composants de sécurité. Il traite les signaux de l’interface de sécurité, surveille le mouvement du robot et offre encore d’autres fonctions de sécurité. Il s’agit entre autres de la définition d’espaces surveillés sûrs, de la surveillance sûre des vitesses et du référencement de calibration régulier. Ces fonctions supplémentaires permettent de surveiller la position de l’outil tout au long de l’exploitation et d’arrêter le robot en toute sécurité en cas de comportement anormal. Afin de pouvoir arrêter les mouvements du robot suffisamment rapidement en cas de dysfonctionnement ou de violation des limites de l’espace, il faut garantir le bon état des freins. Cela se fait par un test automatique des freins. Il s’agit de vérifier de manière cyclique si les couples de freinage des moteurs sont suffisamment élevés et, si nécessaire, s’ils assurent un arrêt sûr du robot.

Concept de sécurité pour robots industriels

KUKA.Handguiding avec ready2_pilot

Pour que la commande entre le robot industriel et l’homme soit aussi pratique et efficace que possible, le pack d’options KUKA.Handguiding est utilisé. Le pack de commande permet un guidage manuel et sans fil des robots industriels de manière particulièrement naturelle. La commande s’effectue via une souris 6D montée sur le robot qui permet de programmer des points de mouvement et d’enregistrer des séquences de mouvement. Cela permet de déplacer le robot industriel KUKA de manière simple et intuitive. L’utilisation de ce pack ne nécessite ni formation ni apprentissage des collaborateurs.

Structure de système

Pour pouvoir garantir un fonctionnement sans faille, la communication entre les composants doit également être harmonieuse. Ici, la connexion du système de sécurité SICK (scanner laser de sécurité microScan3 + commande de sécurité Flexi Soft) au contrôleur de robot se fait via un bus de terrain sécurisé comme Ether-Cat/FSoE, EtherNet/IP/CIP Safety ou PROFINET/PROFIsafe. AIRSKIN est raccordé aux entrées de sécurité de la commande de sécurité via 2 canaux.

Structure de système

Bilan

Ce pack complet composé d’un robot industriel AIRSKIN et du système de sécurité SICK, permet de répondre aux exigences de la robotique collaborative tout en assurant une productivité maximale. Les avantages sont évidents :

  • Suppression des grilles de protection

    Moins d’espace grâce à la suppression des grilles de protection

  • Homme & robot

    Collaboration sûre de l’homme avec le robot dans toutes les situations

  • Productivité & qualité

    Productivité & qualité élevées grâce à l’utilisation de robots industriels et de composants industriels

  • Concept pour l’ensemble des capacités de charge

    Concept évolutif pour l’ensemble des capacités de charge, de 3 à 250 kg

Dans ce contexte, KUKA peut avant tout garantir la fiabilité de la production grâce à des années d’expérience dans l’industrie. De plus, la coopération de KUKA et Blue Danube Robotics couvre une vaste gamme de produits de divers robots industriels, y compris AIRSKIN. L’offre va de la petite robotique avec des capacités de charge de 3 kg aux robots avec des capacités de charge de 250 kg. Cette diversité permet de réaliser les applications les plus diverses dans le domaine de l’automatisation robotisée.

KUKA & partenaires

En collaboration avec les partenaires Blue Danube Robotics et SICK, une sélection minutieuse des composants a été effectuée afin de permettre une intégration aussi simple que possible tout en respectant les normes de sécurité les plus strictes. La construction test a été effectuée au centre d’application KUKA de Steyregg où l’interaction des composants a été vérifiée et testée en détail.

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