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 odgradzane są od otoczenia mechanicznymi elementami zabezpieczającymi. Wejście do stref pracy robotów niezbędne jest z zasady tylko w celach serwisowych. Dostęp odbywa się przez drzwi bezpieczeństwa, które muszą być zabezpieczone specjalnymi czujnikami, wykrywającymi otwarcie drzwi bezpieczeństwa i wysyłającymi wówczas sygnał nakazujący zatrzymanie maszyny, co umożliwia jej bezpieczną obsługę.

W zależności od wymagań, rodzaju zabudowy i warunków brzegowych aplikacji stosuje się czujniki o różnej budowie i zasadach aktywacji. W przypadku montażu ukrytego bardzo ekonomicznym rozwiązaniem są czujniki magnetyczne PSENmag, natomiast maksymalną swobodę montażu i najwyższy stopień ochrony przed nieuprawnionym manipulowaniem zapewniają czujniki oparte na technologii RFID, takie jak np. PSENcode.

Jeśli urządzenia zabezpieczające muszą być 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 wspomnianych technicznych zasad działania czujników dochodzi duża liczba wariantów sprzętowych, co umożliwia realizację niemal wszystkich scenariuszy monitoringu.

Dodatkowe zabezpieczenia

Czujniki PSENcode znajdują zastosowanie w procesie montażu nadwozi samochodowych z wykorzystaniem robotów, gdzie przy użyciu tylko jednego czujnika można monitorować aż do trzech pozycji. Możliwe obszary zastosowania to aplikacje, w których wymagane są interwencje ręczne, np. w zakresie podawania i odbierania elementów blaszanych ze stanowiska pracy robota otoczonego kratą ochronną. W przypadku aplikacji z wykorzystaniem robotów, przy których konieczna jest np. kontrola człowieka, doprowadzanie części lub dalsza obróbka, jako dodatkową ochronę stosuje się również często mechanizmy ochronne działające na zasadzie bezdotykowej, takie jak np. kurtyny świetlne. Konieczne może się okazać także zapewnienie ochrony przed wtargnięciem – w postaci zainstalowanych poziomo kurtyn świetlnych lub skanerów laserowych. W niektórych przypadkach optymalnym rozwiązaniem jest użycie mat bezpieczeństwa – np. wtedy, 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 przy użyciu 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 zasadniczo znacznie wolniejsze niż w przypadku w pełni zautomatyzowanych aplikacji. Tego rodzaju koncepcje bezpieczeństwa stosuje się obecnie w obszarze robotyki usługowej w kontekście współpracy człowieka z robotem. Po uwzględnieniu innych wymagań bezpieczeństwa można je również wykorzystać do wdrażania aplikacji.

Dynamiczna ochrona strefy bezpieczeństwa

W przypadku współpracy między człowiekiem a 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 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 takie 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 ściśle od siebie oddzielonych etapów procesu. Bezpieczny robot zna swoje bezpieczne położenie, swoją bezpieczną prędkość i swój 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, co przekłada się na unikanie niepotrzebnych przestojów, a tym samym prowadzi do wzrostu wydajności procesów produkcyjnych.

Aplikacja precyzuje wymogi

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 wykorzystywanych w procesie, np. urządzeń do przeładunku materiałów. Oznacza to w praktyce, że każda aplikacja wymaga indywidualnej oceny pod kątem 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 10/2018