Elementy bezpieczeństwa dla aplikacji wykorzystujących roboty

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

Wszechstronne zabezpieczenia

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

Jeśli urządzenia zabezpieczające muszą zostać zainstalowane w pobliżu strefy niebezpiecznego ruchu – np. ze względu na brak miejsca – trzeba wziąć pod uwagę zagrożenie związane z długim wybiegiem maszyny. W takiej sytuacji należy bezwzględnie zastosować zabezpieczenia mechaniczne lub wygrodzenia wyposażone w rygle PSENsgate. Poza technicznymi zasadami działania czujników istotna jest również duża liczba wariantów sprzętowych, gwarantujących realizację niemal wszystkich scenariuszy monitoringu.

Czujniki PSENcode znajdują zastosowanie w procesie montażu nadwozi samochodowych z wykorzystaniem robotów, gdzie za pomocą tylko jednego czujnika można monitorować aż do trzech pozycji. Możliwe obszary zastosowania to aplikacje, w których wymagane są ręczne interwencje, np. w zakresie podawania i odbierania elementów blaszanych ze stanowiska pracy robota otoczonego klatką ochronną. W przypadku aplikacji z wykorzystaniem robotów, przy których konieczna jest kontrola realizowana przez człowieka czy ręczne podawanie elementów, jako dodatkową ochronę stosuje się również mechanizmy ochronne działające na zasadzie bezdotykowej, takie jak np. kurtyny świetlne PSENopt.

Konieczne może okazać się także zapewnienie ochrony przed wtargnięciem w postaci zainstalowanych poziomo kurtyn świetlnych lub skanerów laserowych PSENscan. W niektórych przypadkach optymalnym rozwiązaniem jest użycie mat bezpieczeństwa PSENmat – np. w sytuacji, w której możliwość zastosowania systemów optycznych jest ograniczona ze względu na warunki środowiskowe 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. Ruch robota w tego typu aplikacjach jest zasadniczo znacznie wolniejszy niż w przypadku w pełni zautomatyzowanych aplikacji. Tego rodzaju koncepcje bezpieczeństwa stosuje się obecnie w robotyce usługowej w odniesieniu do współpracy człowieka z robotem. Po uwzględnieniu innych wymagań bezpieczeństwa można je również zastosować przy wdrażaniu aplikacji.

Dynamiczna ochrona strefy bezpieczeństwa

W przypadku współpracy między człowiekiem a robotem obsługującym większe ładunki, przedstawione wcześniej koncepcje zapewnienia bezpieczeństwa są niewystarczające – wówczas niezbędne staje się dużo 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 powinna być możliwa dynamiczna regulacja tych stref, np. wytyczanie ich 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 rozwiązania oparte na zastosowaniu kamer zapewniają bezpieczne monitorowanie pól i stref bezpieczeństwa w przestrzeni wielowymiarowej – w ten sposób działa np. system kamer 3D SafetyEYE do monitorowania stref niebezpiecznych. Dzięki działaniu w trzech wymiarach takie systemy czujników otwierają nowe możliwości w zakresie projektowania aplikacji. Co więcej, na poszczególnych etapach procesu można dowolnie definiować ustawienia stref bezpieczeństwa.

Dalszy rozwój w tym obszarze uwarunkowany jest potrzebami przyszłych aplikacji. Połączenie bezpiecznego robota z systemem kamer bezpieczeństwa 3D oraz swobodną komunikacją może pozwolić na 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 jego pracy. Zamiast bezwzględnie unieruchamiać maszyny system może reagować bardziej elastycznie, zapewniając uniknięcie niepotrzebnych przestojów, a tym samym wzrost wydajności procesów produkcyjnych.

Dotychczas nie udało się stworzyć uniwersalnego robota ani systemu czujników, które zapewniałyby 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 konieczność przeprowadzenia indywidualnej oceny pod kątem bezpieczeństwa dla każdej aplikacji. 

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 1-2/2018