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KUKA con AIRSKIN di Blue Danube Robotics

È possibile far lavorare insieme uomo e robot?

Interazione efficace e sicura tra uomo e robot KUKA.


Interazione pronta per l’industria

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.

 

Cooperazione sicura tra uomo e robot

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.

Celle robotizzate senza recinzioni di sicurezza

Un’applicazione di esempio è costituita da componenti che vengono assemblati manualmente e successivamente ispezionati da un robot tramite sistema di visione. Questa cella robotizzata può essere progettata senza la presenza di recinzioni di sicurezza ed è possibile avvicinarsi al robot o lavorare direttamente al suo fianco in qualsiasi momento. I pericoli legati alla compresenza tra uomo e robot sono salvaguardati dai microScan3, laser scanner di sicurezza della Sick, che permettono una collaborazione sicura ed efficiente tra uomo e robot.

microScan3 laser scanner di sicurezza di SICK.

Sistema CIP sBot Speed CIP

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.


KUKA KR Agilus 2 con AIRSKIN di Blue Danube Robotics

Concetto delle “3 zone” sicure

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.

Concetto delle “3 zone” sicure

Una pelle intelligente protegge contro i rischi di danno

Se un operatore è nelle immediate vicinanze di un robot, il robot si muove ad una velocità ridotta e monitorata.  Qualora dovesse esserci un contatto tra la persona ed il robot, i sensori presenti nella AIRSKIN interrompono il movimento del robot, generando uno Stop sicuro di tipo 1. L’ AIRSKIN consta di cuscini ad aria adattati alla forma del robot, la cui pressione è costantemente monitorata.  In caso di contatto, la pressione interna cambia a causa della deformazione del cuscino ad aria e l’AIRSKIN entra in azione.  Una volta scattata, l’operatore deve assicurarsi che il robot possa continuare a lavorare. Una volta confermata, il robot riprende il proprio lavoro dal punto in cui si era interrotto. Una serie di LED integrati mostra all’operatore lo stato corrente dell’AIRSKIN.

Ariskin: una pelle intelligente

KUKA.SafeOperation

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.

 

Concetti di sicurezza per robot industriali

Concetti di sicurezza per robot industriali

KUKA.Handguiding con ready2_pilot

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.

 

Struttura del sistema

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.

Struttura del sistema

Conclusioni

Con questo pacchetto completo, costituito da un robot industriale, AirSKIN e il sistema di sicurezza di SICK , la richiesta di applicazioni collaborative con robot può raggiungere livelli di produttività maggiormente elevati. I vantaggi sono chiari:  

  •  Assenza di recinzioni di protezione

    Meno spazio richiesto grazie all’assenza di recinzioni di protezione

  • Uomo e robot

    Collaborazione sicura tra uomo e robot in ogni situazione

  • Produttività e qualità

    Elevata produttività e qualità grazie all’utilizzo di robot industriali e compatibilità con componenti di terze parti

  • Aumento carico robot industriale

    Possibilità di usare l’intero range per quanto riguarda i carichi del robot da 3 a 250 kg

L’esperienza pluriennale di KUKA nel mondo industriale garantisce affidabilità nella produzione. La cooperazione tra KUKA e Blue Danube Robotics permette inoltre di allargare le possibilità di realizzare applicazioni collaborative tramite robot industriali classici provvisti di AIRSKIN, coinvolgendo una gamma di robot più ampia , che va dai 3Kg ai 250 Kg di payload.

KUKA & Partner

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.

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