È possibile far lavorare insieme uomo e robot?

La collaborazione tra uomo e robot che condividono lo stesso spazio di lavoro è sempre più richiesta. Continua ancora il trend di avere celle robotizzate prive di barriere, riducendo lo spazio a disposizione, ma mantenendo lo stesso grado di sicurezza richiesto nell’applicazione. Allo stesso tempo, la possibilità di avere un robot che svolga operazioni normalmente eseguite a mano è sempre più un’azione realizzabile, tanto da poter pensare a nuove soluzioni e nuove idee per soddisfare le domande di applicazioni in cui uomo e robot collaborano tra di loro. Sicuramente non è possibile trascurare le caratteristiche principali che connotano una cella robotizzata in cui è presente un robot tradizionale, ossia la velocità, l’accuratezza, l’elevata produttività e la durabilità della soluzione; così come anche il carico con cui un robot classico riesce a lavorare, parametro che invece è piuttosto limitato per un robot in applicazioni collaborative.

In generali i robot collaborativi in applicazioni collaborative no riescono a star dietro agli elevati volumi produttivi che l’industria richiede, in quanto lavorano a velocità ridotte e con carichi significativamente più bassi. Queste limitazioni emergono anche nelle possibilità di connessione ed integrazioni con differenti dispositivi presenti solitamente nelle linee produttive. Per questo motivo, KUKA, insieme a Sick e Blue Danube Robotics, offre una soluzione completa che unisce l’esigenza di avere una produzione elevata e l’aderenza agli standard di sicurezza necessari per implementare applicazioni collaborative. Questa soluzione garantisce una collaborazione sicura tra uomo e robot, anche con carichi superiori ai 100 Kg e l’interazione tra i vari componenti è resa possibile grazie al controllo del robot e al pacchetto tecnologico KUKA.SafeOperation.

Il sistema CIP Safety sBot_Speed, variante di Sick per KUKA, consiste nella combinazione di un microScan3 con il PLC safe Flexi Soft ed un gateway EFI-pro. Il sistema così realizzato abilita il monitoraggio sicuro simultaneo di vari campi protetti e rileva la presenza di persone che possono trovarsi dietro la zona protetta. La comunicazione e la relativa parametrizzazione nel robot sono già pre-configurati e possono essere facilmente integrati nel controllore KUKA KR C4 tramite il protocollo EtherNet/IP™ CIP Safety™.  Ciò permette di ridurre il tempo di progettazione e di valutazione dei rischi connessi alla sicurezza della cella.

Il microScan3 monitora costantemente la cella robotizzata e divide l’area di lavoro in 3 zone (vedere figura). Se la persona è lontana dalla zona di lavoro del robot ( zona verde),il robot può raggiungere velocità fino a 2m/s. Un robot collaborativo a confronto opera ad un massimo di 1 m/s. Se una persona si avvicina al robot fino a raggiungere la zona arancione, la velocità del robot viene ridotta, in modo da soddisfare i requisiti dell’analisi dei rischi elencati nella ISO TS 15066. La zona arancione funge da area di rilevamento ed è usata come zona di transizione cosi da permettere al robot di ridurre la sua velocità ai valori regolamentati. L’ingresso nella zona gialla attiva il monitoraggio sicuro sulla velocità che è stata appena ridotta. Se la velocità aumenta, il robot si ferma con uno Stop sicuro di tipo 1 in accordo alla EN 60204. Nel momento in cui la zona arancione e la zona gialla sono nuovamente libere e non è presente alcuna persona in zona verde, il robot accelera, raggiungendo la velocità programmata per l’applicazione.

Il pacchetto tecnologico KUKA.SafeOperation è l’interfaccia con i componenti safe di una cella robotizzata. Processa i segnali provenienti da interfacce safe, monitora i movimenti del robot e mette a disposizione molte funzionalità safe. Tra queste esiste la possibilità di definire aree sicure monitorabili, di monitorare velocità sicure e di controllare le corrette referenziazioni degli assi del robot. Grazie a queste funzionalità, la posizione del tool può essere monitorata durante l’intera applicazione ed il robot può essere fermato in caso di malfunzionamenti. Per poter fermare il robot in tempo nel caso in cui ci dovessero essere malfunzionamenti o violazioni dei limiti sicuri spaziali impostati, i freni devono sempre essere in perfette condizioni. Ciò è garantito da un test automatico sull’efficacia dei freni, in cui vengono controllate le coppie frenanti dei motori così da assicurare uno stop sicuro se necessario.

Il pacchetto applicativo KUKA.Handguiding è usato per rendere l’interazione tra l’umo ed un robot industriale il più possibile pratica ed efficiente. Il pacchetto software consente una guida manuale wireless del robot in maniera estremamente semplice. Il robot è controllato da un mouse a 6-dimensioni montato sul robot, che permette di inserire e memorizzare nel programma punti e sequenze di movimento. In questo modo un robot industriale KUKA può essere mosso facilmente, senza la necessità di training da parte dell’operatore.

La comunicazione tra i vari componenti deve assicurare una sincronia completa tra le varie parti coinvolte nel sistema.

 Il sistema di sicurezza di SICK (microScan3 - laser scanner di sicurezza + Flexi Soft- PLC safe) è connesso al robot tramite un bus di campo safe, come ad esempio EtherCat/FSoE, EtherNet/IP/CIP Safety o PROFINET/PROFIsafe. L’ AIRSKIN  è collegata agli ingressi a safe a doppio canale del PLC safe.

Insieme ai partner Blue Danube Robotics e SICK, è stata effettuata un’accurata selezione di componenti che permette un’integrazione semplice e con elevati standard di sicurezza.  Il sistema è stato testato nell'Application Center di KUKA a Steyregg, dove l’interazione e la compatibilità tra i compenenti è stata controllata e sperimentata. Questa installazione è disponibili per clienti e può essere visitata in qualsiasi momento qualora fosse di interesse, tramite appuntamento.