Robot kolaboratif (kobot) direka untuk bekerja dengan manusia dan menyokong pengeluaran fleksibel di kilang Industri 4.0. Berbanding dengan robot industri tradisional, kobot adalah lebih ringkas, lebih mudah untuk disediakan dan tidak memerlukan ruang kerja terpencil dengan selamat. Oleh kerana ia direka bentuk untuk bekerja dengan orang ramai, kobot dibina secara berbeza daripada robot industri lain, termasuk ciri seperti sistem pengesanan perlanggaran, maklum balas daya, penggerak anjal dan motor servo inersia rendah.
Oleh kerana ia berbeza mengikut reka bentuk, piawaian keselamatan khusus telah dibangunkan untuk kobot. The International Organization for Standardization Technical Specification (ISO/TS) 15066 menetapkan keperluan keselamatan untuk kobot industri dan persekitaran kerja mereka. Ia menambah keperluan dan panduan tentang operasi kobot dalam ISO 10218‑1 dan ISO 10218‑2.
Artikel ini mengkaji secara ringkas keperluan ISO/TS 15066 dan cara ia sesuai dengan ISO 10218-1 dan 10218-2. Ia kemudian mempertimbangkan kerumitan kerjasama, termasuk cara ruang kerja kolaboratif ditakrifkan. Ia meneliti faktor yang berkaitan dengan keselamatan robot, seperti ciri keselamatan yang terbina dalam kobot, dan fungsi keselamatan luaran yang diperlukan, bersama-sama peranti teladan seperti penderia jarak, langsir cahaya dan tikar sentuhan keselamatan. Ia ditutup dengan ulasan ringkas tentang beberapa aplikasi khusus untuk pertimbangan keselamatan kobot.
Terdapat beberapa piawaian keselamatan utama untuk robot industri dan kobot. ISO/TS 15066 memperincikan keperluan keselamatan untuk sistem kobot industri dan persekitaran kerja dan ditulis untuk membina dan menambah keperluan terhad dalam piawaian sebelumnya seperti siri ISO 10218. ISO 10218-1 memfokuskan pada robot am dan peranti robotik, manakala ISO 10218-2 memfokuskan pada sistem robot dan integrasi. American National Standards Institute/Persatuan Industri Robotik (ANSI/RIA) R15.06 ialah penggunaan kebangsaan ISO 10218-1 dan ISO 10218-2.
Kerumitan kerjasama
Sebelum masuk ke butiran keselamatan kobot, adalah berguna untuk menentukan kerjasama. Kerjasama dalam robotik adalah kompleks dan merangkumi tiga faktor:
- Cobot ialah "robot yang direka untuk interaksi langsung dengan manusia dalam ruang kerja kolaboratif yang ditentukan," menurut ANSI/RIA R15.06.
- Operasi kolaboratif ialah "keadaan di mana sistem robot yang direka bentuk secara sengaja dan pengendali berfungsi dalam ruang kerja kolaboratif," menurut ISO/TS 15066.
- Akhir sekali, ruang kerja kolaboratif ialah "ruang kerja dalam ruang terlindung di mana robot dan manusia boleh melaksanakan tugas secara serentak semasa operasi pengeluaran," menurut ANSI/RIA R15.06.
Ia merujuk kepada takrifan ruang kerja kolaboratif "dalam ruang yang dilindungi". Ruang yang dilindungi termasuk lapisan perlindungan keselamatan sebagai tambahan kepada fungsi keselamatan standard yang disertakan dalam kobot.
Ciri perlindungan biasa yang disepadukan ke dalam kobot termasuk sistem pengesanan sentuhan berdasarkan ukuran tork pada setiap sambungan yang memantau kesan tidak dijangka, halangan atau daya atau tork yang berlebihan. Perlu juga ada sistem brek automatik dan pelepas brek manual untuk menggerakkan lengan tanpa kuasa.
Hubungan yang tidak dijangka dengan orang itu oleh cobot adalah kebimbangan khusus. Piawaian menetapkan bahawa sentuhan harus dihalang di mana-mana di kepala seseorang. Di samping itu, piawaian membahagikan badan kepada 29 kawasan tertentu dan had butiran untuk dua jenis sentuhan:
- Transient kenalan ialah peristiwa dinamik yang bergerak di mana cobot memukul seseorang. Had adalah berdasarkan lokasi, inersia dan kelajuan relatif.
- Kuasi statik sentuhan berlaku apabila bahagian badan terperangkap di antara kobot dan permukaan. Had adalah berdasarkan tekanan dan daya yang berkaitan dengan kesan penghancuran dan pengapit.
Spesifikasi memberikan panduan, bukan had mutlak, berdasarkan pertimbangan permohonan. Ia juga menyatakan bahawa panduan itu bermaklumat dan mencerminkan amalan terbaik semasa memandangkan kerjasama antara manusia dan robot ialah bidang baharu, dan penyelidikan sedang dijalankan.
Kesinambungan kerjasama
Tiada aplikasi kerjasama tunggal. Orang dan kobot boleh berinteraksi dan bekerjasama dalam pelbagai cara. Aplikasi kolaboratif terdiri daripada kewujudan bersama, di mana robot berhenti di bawah kuasa apabila seseorang memasuki ruang kerja kolaboratif, kepada aktiviti interaktif dengan orang yang menyentuh kobot semasa beroperasi (Rajah 1).
Penilaian risiko diperlukan untuk mengenal pasti keperluan keselamatan aplikasi kerjasama individu. Ia termasuk mengenal pasti, menilai dan mengurangkan bahaya dan risiko yang berkaitan dengan aplikasi. ISO 10218 termasuk senarai ciri keselamatan yang boleh sesuai dalam pelbagai keadaan tetapi tiada keperluan muktamad. ISO/TS 15066 membawa butiran tambahan kepada penilaian risiko kobot. Dalam setiap kes, matlamat penilaian risiko adalah untuk mengenal pasti peranti dan sistem keselamatan luaran yang diperlukan untuk memastikan pelaksanaan selamat aplikasi kerjasama.
Untuk menyelam lebih mendalam tentang penilaian risiko dan robot, lihat artikel "Mengintegrasikan AMR dengan Selamat dan Cekap ke dalam Operasi Industri 4.0 untuk Manfaat Maksimum."
Perlindungan dan kecekapan
Walaupun kobot direka untuk operasi yang selamat, lapisan perlindungan tambahan boleh meningkatkan kecekapan aplikasi kolaboratif. Tanpa keselamatan tambahan, apabila seseorang memasuki ruang kerja kolaboratif, ISO/TS 15066 mewajibkan kelajuan maksimum 0.25 meter sesaat (m/s) setiap paksi. Bagi kebanyakan kobot, itu sangat perlahan.
Contohnya, kobot Lexium LXMRL12S0000 daripada Schneider Electric mempunyai muatan maksimum 12 kilogram (kg), jejari operasi (julat kerja) 1327 milimeter (mm), ketepatan kedudukan ±0.03 mm dan kelajuan maksimum hujung alat 3 meter sesaat (m/s), 12 kali lebih pantas daripada maksimum yang dibenarkan oleh ISO/TS 15066 apabila seseorang berada dalam ruang kerja kolaboratif (Rajah 2).
Dalam banyak aplikasi, kobot boleh beroperasi bersendirian untuk tempoh yang lama. Jadi, mengesan kehadiran atau ketiadaan orang dalam ruang kerja kolaboratif boleh membolehkan operasi yang lebih pantas dan kecekapan yang lebih tinggi apabila tiada sesiapa yang hadir. Peranti biasa untuk mengesan kehadiran orang termasuk pengimbas keselamatan, langsir cahaya dan tikar lantai sentuhan keselamatan. setiap satu teknologi menawarkan set faedah yang berbeza, dan ia sering digunakan dalam kombinasi.
Pengimbas keselamatan
Pengimbas keselamatan memantau kawasan yang ditetapkan untuk mengesan kehadiran orang. Mereka boleh menentukan sejauh mana seseorang itu berada dan melaksanakan pelbagai zon amaran sebagai tambahan kepada zon keselamatan aktif.
Model OS32C-SP1-4M Omron ialah contoh yang baik bagi pengimbas laser keselamatan yang direka untuk digunakan dengan kobot. Ia mempunyai jejari keselamatan sehingga 4 meter (m) dan boleh menyokong berbilang zon amaran sehingga 15 m. Ia termasuk 70 set standard zon keselamatan dan gabungan zon amaran untuk menyokong ruang kerja kolaboratif yang rumit. Di samping itu, resolusi objek minimum boleh ditetapkan kepada 30, 40, 50, atau 70 mm, dan masa tindak balas boleh berjulat dari 80 milisaat (ms) hingga 680 ms, seterusnya meningkatkan fleksibiliti aplikasi (Rajah 3).
Langsir cahaya
Langsir cahaya boleh mengukur kehadiran orang dan boleh direka bentuk untuk mengesan objek pelbagai saiz, seperti jari atau tangan. Tidak seperti pengimbas keselamatan, langsir cahaya tidak mengukur jarak. Mereka menghantar satu siri pancaran cahaya antara tatasusunan pemancar linear dan penerima dan boleh merasakan apabila objek memecahkan satu atau lebih rasuk.
Dari segi penilaian keselamatan, terdapat dua klasifikasi tirai cahaya utama: Jenis 2 dan Jenis 4. Mereka mempunyai penampilan luar yang serupa tetapi direka bentuk untuk memberikan tahap keselamatan yang berbeza. Jenis 4 memantau ruang terlindung yang mentakrifkan ruang kerja kolaboratif. Langsir cahaya jenis 2 direka untuk aplikasi berisiko rendah.
Langsir cahaya melindungi perimeter dan tersedia dengan beberapa tahap peleraian, seperti 14 milimeter (mm) untuk pengesanan jari dan 24 mm untuk pengesanan tangan. Model, SLC4P24-160P44 daripada Banner Engineering, ialah kit tirai cahaya Jenis 4 dengan tatasusunan pemancar dan penerima serta mempunyai resolusi 24 mm untuk melindungi orang dan mesin seperti kobot (Rajah 4). Pemancar mempunyai deretan diod pemancar cahaya inframerah termodulat yang disegerakkan. Penerima mempunyai barisan pengesan foto disegerakkan yang sepadan. Pemancar mempunyai julat 2 meter, dan langsir cahaya ini boleh dipasang dengan panjang dari 160 hingga 320 mm dalam kenaikan 80 mm.
Pengimbas laser keselamatan dan langsir cahaya menyediakan cara tanpa hubungan untuk meningkatkan keselamatan ruang kerja kolaboratif. Walau bagaimanapun, ia boleh menjadi sukar untuk digunakan dalam persekitaran yang mencabar secara optik seperti kawasan dengan permukaan yang sangat memantulkan cahaya yang boleh menghantar gangguan cahaya yang tidak diingini, dan ia boleh tersandung kerana minyak atau gris yang bocor atau habuk atau kelembapan yang berlebihan.
Beberapa penderia optik ini termasuk pelarasan sensitiviti yang boleh membantu mengurangkan jenis gangguan tertentu. Pelarasan sensitiviti tersebut juga boleh meningkatkan masa tindak balas dan kompromi prestasi lain. Penyelesaian lain ialah menggunakan tikar sesentuh keselamatan bersama-sama dengan peranti penderiaan optik.
Tikar kenalan keselamatan
Tikar sesentuh keselamatan mempunyai dua plat konduktif yang dipisahkan oleh lapisan penebat raster dan boleh digunakan bersendirian atau digabungkan dengan jenis sensor lain. Jika seseorang memijak tikar, plat konduktif atas tertekan dan menyentuh plat bawah, mencetuskan isyarat amaran (Rajah 5). Bahagian luar tikar adalah bahan poliuretana yang tahan gelincir dan tidak telap air, kotoran dan minyak. Model tikar SENTIR 1602-5533 daripada Penyelesaian Keselamatan ASO boleh menyambungkan sehingga 10 tikar secara bersiri kepada unit pemantauan tunggal untuk liputan maksimum 10 m2.
Keselamatan adalah dalam butiran
Tiada formula tunggal yang menjamin keselamatan. Setiap aplikasi kerjasama adalah berbeza dan perlu dikendalikan berdasarkan ciri dan keperluannya yang unik. Faktor utama ialah: di manakah aplikasi terletak pada kontinum kerjasama (lihat Rajah 1)? Lebih rapat interaksi antara cobot dan manusia, lebih banyak perlindungan diperlukan.
Terdapat lebih banyak butiran untuk dipertimbangkan. Sebahagian daripada mereka termasuk:
- Setiap lokasi perlu menjalani penilaian risiko terperinci untuk melihat sama ada kobot telah dipindahkan dari stesen kerja ke stesen kerja. Walaupun ia kelihatan sama, variasi kecil boleh membuat perbezaan dalam keselamatan.
- Jika mesin lain berada dalam ruang kerja kolaboratif, adakah ia perlu dipautkan kepada sistem penutupan atau kelembapan keselamatan untuk kobot?
- Artikel ini memfokuskan pada perkakasan berkaitan keselamatan, tetapi untuk sistem rangkaian yang semakin biasa, keselamatan siber merupakan pertimbangan penting untuk mengelakkan gangguan terhadap operasi kobot atau sistem keselamatan.
Kesimpulan
Keselamatan Cobot adalah kompleks. Ia bermula dengan mentakrifkan ruang kerja kolaboratif dalam ruang terpelihara dan memerlukan penilaian risiko operasi kolaboratif. Piawaian seperti ISO/TS 15066 dan siri ISO 10218 adalah penting dan menyediakan cadangan dan garis panduan. Cobot termasuk ciri keselamatan asas seperti sistem pengesanan perlanggaran, maklum balas daya, penggerak anjal dan motor servo inersia rendah. Bergantung pada spesifikasi aplikasi kerjasama, peranti keselamatan tambahan seperti penderia jarak, langsir cahaya dan tikar sesentuh keselamatan mungkin diperlukan.