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人類和工業機器人一起工作。行得通嗎?

人員與 KUKA 機器人高效率且安全共事。


符合工業需求的合作技術

人員與機器人在共同的工作空間內分工合作,正受到前所未有的重視。在工業界中,使用無防護柵小型機器人單元的趨勢正當熱門。其中也講究機器人必須能夠以最簡單無礙的方式整合至人工操作步驟中。
想要滿足市場上不斷增長的人機協作需求,就要運用具創造性的想法和切實可行的解決方案。與此同時,卻也不能忽視傳統工業機器人單元原有的優勢,例如速度、精確度、高生產效率和使用壽命長等等。此外,機器人的負載能力也扮演著重要角色——這一點在現有的人機協作中仍有相當大的限制。

機器人和人員安全合作

協作機器人本身並無法滿足工業應用的這些高要求,因為它們的工作速度明顯低於工業機器人,負載能力也相差許多。而在互聯性和與現有系統整合方面,現有系統也很快顯露有所不足。有鑑於此,KUKA 聯合 SICKBlue Danube Robotics 提供一套全方位解決方案,旨在結合最高生產力和最新的協作應用安全標準。目標是要確保機器人與人員之間能夠安全合作即使是在負重數百公斤的情況下。機器人控制器KUKA 技術資訊包 Safe-Operation 的作用下,所有元件都能順利平穩地共同發揮作用。

沒有安全護柵的機器人單元

在一個應用範例中可看到,先以人工手動組裝零組件,然後再由機器人進行外觀檢驗。藉著這樣的範例,可以設計出不需要安全護柵的機器人單元人員因此可以隨時靠近機器人,並且直接與其合作。SICK 公司為此提供了安全雷射掃瞄器 microScan3,可以有效避免如此緊密的團隊合作發生危險,進而確保人員與機器人之間安全且高效率的協作關係。

SICK 公司的安全雷射掃瞄器 microScan3

安全系統 sBot Speed Cip

SICK 為 KUKA 所提供的另一套系統 sBot_Speed CIP 結合了一組 microScan3 與安全控制器 Flexi Soft 和 EFI-pro 閘道器。這套安全系統已統過驗證,可以同時確實監視多個保護區域,並且也能夠感測到是否有人員進入隔離區後方。機器專用設定和通訊參數已預先配置完成,可以利用 EtherNet/IP™ CIP Safety™ 快速安全地整合至 機器人控制器 KUKA KRC4。如此可以在專案規劃和評估安全架構時節省許多寶貴的時間。

KUKA KR Agilus 2 搭配 Blue Danube Robotics 的 AIRSKIN

3 區安全概念

microScan3 可以永久監控機器人單元,並且會將工作區域分為 3 個部分(參見示圖)。若危險區域(綠色區域)內沒有人員,機器人的直線速度可高達 2 m/s。類似的協作機器人工作速度最大僅 1 m/s。若有人員接近機器人,並因此處於橘色區域內,機器人的速度減慢,因此滿足依據 ISO TS15066 風險評估的要求。橘色區域為感測區,具有緩衝區的作用,以便讓機器人能夠降低到所需的速度。人員若進入黃色區域,系統便會啟動上述所需低速的安全監控。若速度超過限制,便會依據 EN 60204 觸發安全停止 1(鄰近軌道急停)來停止機器人。如果人員離開雷射掃描器的橘色和黃色區域,也就是沒有人員位於危險區域中,機器人便會自行加速至原本設定的速度。

3 區安全概念

智慧皮膚有效防止受傷

當員工鄰近機器人時,機器人會以受監控的低速移動。若人員與機器人發生接觸,AIRSKIN 的感應系統也會觸發安全停止 1。AIRSKIN 由多個專為機器人調整的氣囊所組成,氣囊中的壓力會持續受到監控。發生接觸時,會因為氣墊凹陷使內部壓力產生變化,因此啟動 AIRSKIN。AIRSKIN 觸發之後,員工必須檢查機器人能否繼續工作。確認之後,機器人可以在程式中的任何一個位置重新開始之前中斷的工作。此外,操作人員也能夠透過內建的 LED 指示燈獲知 AIRSKIN 的狀態。

KUKA.SafeOperation

SafeOperation 技術資訊包是安全元件之間的介面,負責處理安全介面的信號、監控機器人運動,並且提供其他更多安全功能。其中包括界定安全的監控空間安全監控速度,以及定期進行零點復歸。利用這些附加功能,可以在整個運作過程中監控工具的位置,並在機器人失靈時使其安全停止。發生故障或超出空間極限時,為了能即時停止機器人運動,必須確保煞車處於正常狀態。這一點可以透過自動化煞車測試加以確認。為此應定期檢查馬達的煞車力矩是否足夠,能否在必要時確保機器人安全停止。

工業機器人的安全概念

KUKA.Handguiding 搭配 ready2_pilot

為了實現工業機器人與人員之間便利且高效的操作,可使用 KUKA.Handguiding 選項軟體套件。這個控制套件能夠以非常簡易的方式無線手動引導工業機器人。這套控制系統透過一個安裝在機器人上的 6D 滑鼠進行控制,可以對運動點進行程式設計,並記錄運動序列。由此,可以用簡單直覺化的方式來移動 KUKA 工業機器人。在使用這套軟體套件之前,員工不需要任何培訓課程,也不需要耗時的入門指導。

系統結構

為了能夠確保順利運作,還需要協調元件之間的通訊。其中會透過安全現場匯流排(如 EtherCat/FSoE、EtherNet/IP/CIP Safety 或 PROFINET/PROFIsafe)將 SICK 安全系統(microScan3 安全區域雷射掃描器 + Flexi Soft 安全控制器)連接至機器人控制器。AIRSKIN 則透過雙通道連接至安全控制器的安全輸入端。

系統結構

結論:

這個由工業機器人、AIRSKIN 及 SICK 安全系統所組成的整體套件,能夠實現在極高生產效率下打造協作型機器人的要求。優勢一目瞭然:

  • 不需防護柵

    取消防護柵,進而減少佔地面積

  • 人員與機器人

    人員與機器人在任何情況下都能安全協作

  • 生產效率和品質

    透過使用工業機器和工業元件,提高生產效率和品質

  • 針對整個載重能力範圍所規劃的方案

    3 ~ 250 kg 載重能力範圍的擴展方案

KUKA 憑藉多年來在工業界所累積的豐富經驗,確保實現可靠的生產過程。此外,KUKA 和 Blue Danube Robotics 之間的合作也涵蓋了各種工業機器人的廣泛產品組合,其中包括 AIRSKIN。產品內容不僅有載重能力 3 kg 的小型機器人,也有可載重高達 250 kg 的機器人。如此多樣化的選擇將有助於實現機器人輔助自動化領域中的各種應用。

KUKA 與合作夥伴

合作夥伴 Blue Danube RoboticsSICK 聯手合作,精選出一系列元件,協助您實現最簡單的系統整合,並達到最高安全標準。測試過程在位於奧地利施泰爾埃格的 KUKA 應用中心進行,對元件之間的交互作用進行了徹底的檢驗和測試.

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