Czujniki bezpieczeństwa dla robotów

Jeśli zaangażowanie człowieka w proces produkcyjny nie jest konieczne lub jest niepożądane, maszyny i urządzenia stanowiące potencjalne źródło zagrożenia dla ludzi są odgradzane od otoczenia mechanicznymi elementami zabezpieczającymi. Wejście do stref pracy robotów jest zasadniczo niezbędne tylko w celach serwisowych. Dostęp jest możliwy przez drzwi bezpieczeństwa, które muszą być zabezpieczone specjalnymi czujnikami wykrywającymi ich otwarcie i wysyłającymi sygnał nakazujący zatrzymanie maszyny, co umożliwia bezpieczną jej obsługę.

Opcje montażu i bezpieczeństwa

W zależności od wymagań, rodzaju zabudowy i warunków brzegowych aplikacji stosuje się czujniki o różnej budowie i sposobach aktywacji. W przypadku montażu ukrytego bardzo ekonomicznym rozwiązaniem są czujniki magnetyczne PSENmag, natomiast czujniki zapewniające maksymalną swobodę montażu i zapewniające najwyższy stopień ochrony przed nieuprawnionym manipulowaniem to czujniki oparte na technologii RFID, np. PSENcode. Jeśli urządzenia zabezpieczające muszą zostać zainstalowane w pobliżu strefy niebezpiecznego ruchu, np. ze względu na brak miejsca, trzeba wziąć pod uwagę niebezpieczeństwo związane z długim wybiegiem maszyny. W takiej sytuacji należy bezwzględnie zastosować zabezpieczenia mechaniczne. Do wszystkich ograniczeń technicznych działania czujników dochodzi jeszcze duża liczba wariantów sprzętowych, co umożliwia realizację niemal wszystkich scenariuszy monitoringu.

Czujniki PSENcode znajdują zastosowanie w procesie montażu nadwozi samochodowych przy użyciu robotów, a jeden czujnik umożliwia monitorowanie nawet trzech pozycji. Możliwe obszary zastosowania to aplikacje, w których wymagana jest ręczna interwencja – np. podawanie i odbieranie blaszanych elementów ze stanowiska pracy robota otoczonego kratą ochronną. W przypadku aplikacji z użyciem robotów, przy których konieczna jest np. kontrola człowieka, doprowadzanie części lub dalsza obróbka, jako dodatkową ochronę stosuje się często również mechanizmy ochronne działające na zasadzie bezdotykowej, takie jak np. kurtyny świetlne. Ponadto konieczne może okazać się zapewnienie ochrony przed wtargnięciem w postaci zainstalowanych poziomo kurtyn świetlnych lub skanerów laserowych. W niektórych przypadkach optymalnym rozwiązaniem jest zastosowanie mat bezpieczeństwa – np. w sytuacji, gdy możliwość zastosowania systemów optycznych jest ograniczona ze względu na warunki brzegowe związane z danym procesem, takie jak pył, dym, mgła czy para wodna.

W przypadku współdzielenia obszaru roboczego przez człowieka i robota dąży się do zapewnienia bezpieczeństwa aplikacji za pomocą komponentów i funkcji bezpieczeństwa wbudowanych w roboty lub umieszczonych na nich. Przykładowo funkcje zapewniające bezpieczeństwo ruchów robota łączy się z czujnikami bezdotykowymi, wbudowanymi w robota czujnikami momentów lub umieszczonymi na robocie czujnikami dotykowymi. Ruchy robotów w tego typu aplikacjach są zwykle znacznie wolniejsze niż w przypadku w pełni zautomatyzowanych aplikacji. Tego rodzaju koncepcje bezpieczeństwa stosuje się obecnie w robotyce usługowej w zakresie współpracy człowieka z robotem. Po uwzględnieniu innych wymagań bezpieczeństwa można je również zastosować przy wdrażaniu aplikacji.

Dynamiczna ochrona strefy bezpieczeństwa

W przypadku współpracy człowieka z robotem obsługującym większe ładunki przedstawione wcześniej koncepcje zapewnienia bezpieczeństwa stają się niewystarczające. W tej sytuacji niezbędne jest znacznie większe stopniowanie obserwacji zdarzeń. Konieczne jest np. rozróżnienie, czy człowiek znajduje się w promieniu występowania niebezpiecznych ruchów (strefa ostrzegania), czy też wkroczył już do strefy o zwiększonych wymogach bezpieczeństwa (strefa bezpieczeństwa). W idealnym przypadku strefy te powinno dać się regulować w sposób dynamiczny, np. wytyczając je na podstawie zakresu ruchu maszyny lub robota objętych monitoringiem bezpieczeństwa. Dzięki temu możliwe jest zorganizowanie w takim środowisku współpracy między człowiekiem a robotem, dla której statyczne mechanizmy zabezpieczające są niewystarczające.

Nowe, oparte na zastosowaniu kamer rozwiązania umożliwiają bezpieczne monitorowanie pól i stref bezpieczeństwa w przestrzeni wielowymiarowej. W ten sposób działa np. system kamer 3D SafetyEYE do monitorowania stref niebezpiecznych. Dzięki możliwości działania w trzech wymiarach tego typu systemy czujników otwierają nowe możliwości w zakresie projektowania aplikacji. Co więcej, na poszczególnych etapach procesu można od nowa definiować ustawienia stref bezpieczeństwa. Dalszy rozwój w tym obszarze uwarunkowany jest potrzebami przyszłych aplikacji – połączenie bezpiecznego robota z systemem kamer bezpieczeństwa 3D oraz wzmożoną komunikacją może umożliwić scalenie i optymalizację oddzielonych od siebie etapów procesu. Bezpieczny robot zna swoje bezpieczne położenie, bezpieczną prędkość i bezpieczny kierunek ruchu, a system kamer bezpieczeństwa zna położenie obiektów (ludzi) w zasięgu pracy robota. Zamiast bezwzględnego unieruchamiania maszyn system będzie mógł w przyszłości reagować bardziej elastycznie, unikając niepotrzebnych przestojów, a tym samym prowadzić do wzrostu wydajności procesów produkcyjnych.

Dotychczas nie udało się stworzyć uniwersalnego robota ani systemu czujników, który zapewniałby bezpieczeństwo we wszystkich możliwych do przewidzenia aplikacjach. Wymogi w zakresie bezpieczeństwa są zawsze uzależnione od danej aplikacji. Do stworzenia bezpiecznego środowiska pracy robota konieczne jest całościowe uwzględnienie robota, narzędzia i obrabianego przedmiotu oraz innych maszyn stosowanych w procesie, np. urządzeń do przeładunku materiałów. W praktyce oznacza to, że każda aplikacja wymaga indywidualnej oceny pod względem bezpieczeństwa. 

PILZ POLSKA Sp. z o.o. 
ul. Ruchliwa 15, 02-182 Warszawa
tel. 22 884 71 00, fax 22 884 71 09
e-mail: info@pilz.pl
www.pilz.com/pl-PL

źródło: Automatyka 10/2017