Kan de mens samenwerken met industriële robots?

De samenwerking tussen mensen en robots in gemeenschappelijke werkruimte wordt meer dan ooit gevraagd. De trend van robotcellen zonder veiligheidsomheiningen op een zo klein mogelijke oppervlakte wordt steeds sterker in de industrie. Hierbij moet de robot zo eenvoudig mogelijk en zonder compromissen in handmatige werkstappen worden geïntegreerd.
Om aan de toenemende behoefte van mens-robot-collaboratie te voldoen, zijn creatieve ideeën en uitvoerbare oplossingen nodig. Daarbij mogen de voordelen van een klassieke industriële robotcel zoals snelheid, nauwkeurigheid, hoge productiviteit en duurzaamheid in geen geval te kort komen. Bovendien speelt ook de payload van de robot een essentiële rol, deze is bij de aanwezige mens-robot-collaboraties tot nu toe zeer beperkt.

Collaborerende robots kunnen deze hoge eisen van de industrie niet beantwoorden, omdat ze met aanzienlijk lagere snelheden en lagere payloads dan industriële robots werken. Ook op het gebied van connectiviteit en integratiemogelijkheden in bestaande installaties worden de grenzen snel zichtbaar. Daarom biedt KUKA samen met SICK en Blue Danube Robotics nu een complete oplossing aan die zowel de hoogste productiviteit en de nieuwste veiligheidsnormen voor collaboratieve toepassingen met elkaar combineert. Daarbij wordt vooral een veilige collaboratie tussen robot en mens gegarandeerd en dat bij payloads van meer dan 100 kg. Een probleemloos samenspel van alle componenten wordt nu mogelijk dankzij de robotsturing en het KUKA technologiepakket Safe-Operation.

De systeemvariant sBot_Speed CIP voor KUKA van SICK combineert een microScan3 met de veiligheidsbesturing Flexi Soft en de EFI-pro-gateway. Het reeds geverifieerde veiligheidssysteem maakt een veilige simultane bewaking van meerdere veiligheidsvelden mogelijk en detecteert bovendien personen die zich achter het beveiligde bereik bevinden. De robotspecifieke instellingen en communicatieparameters zijn al voorgeconfigureerd en kunnen dankzij EtherNet/IP™ CIP Safety™ snel en veilig in de robotsturing KUKA KRC4 worden geïntegreerd. Dit bespaart kostbare tijd bij de projectering en evaluatie van het veiligheidsconcept.

Met de microScan3 wordt de robotcel permanent bewaakt en wordt het werkbereik in drie zones ingedeeld (zie afbeelding). Als er niemand in het gevarenbereik is (groen bereik), kan de robot lineaire snelheden tot 2 m/s bereiken. Een vergelijkbare collaboratieve robot werkt maximaal met een snelheid van 1 m/s. Wanneer een persoon de robot benadert en zich in het oranje bereik bevindt, wordt de snelheid van de robot zodanig gereduceerd dat deze aan de eisen volgens ISO TS15066 voldoet. Het oranje bereik dient als detectiebereik en als bufferzone, waarin de snelheid van de robot gereduceerd wordt. Het betreden van het gele bereik activeert de veilige bewaking van deze gereduceerde snelheid. Als deze overschreden wordt, stopt de robot met een veiligheidsstop 1 (baannauwkeurige NOODSTOP) conform EN 60204. Worden het oranje en gele bereik van de laserscanner opnieuw verlaten, versnelt de robot zelfstandig tot de geprogrammeerde snelheid.

Het technologiepakket SafeOperation is hier de interface tussen de veiligheidscomponenten. Het verwerkt de signalen van de veiligheidsinterface, bewaakt de robotbeweging en biedt nog meer veiligheidsfuncties zoals het definiëren van veilige bewakingsruimten, de veilige bewaking van snelheden en de regelmatige justagereferentie. Met deze extra functies kan de positie van het werktuig gedurende de volledige actie worden bewaakt en kan de robot bij gevaar veilig worden gestopt. Om bij storingen aan ruimtegrenzen de robotbewegingen snel genoeg te kunnen stoppen, wordt een uitstekende toestand van de remmen gegarandeerd. Dit gebeurt via een automatische remtest. Hierbij wordt cyclisch gecontroleerd of de remmomenten van de motoren voldoende hoog zijn en indien nodig voor een veilige stop van de robot zorgen.

Om ervoor te zorgen dat ook de bediening tussen industriële robots en mens zo uitvoerbaar en efficiënt mogelijk wordt uitgevoerd, wordt het optiepakket KUKA.Handguiding gebruikt. Dit besturingspakket maakt een draadloze handgeleiding van industriële robots op een bijzonder gebruiksvriendelijke manier mogelijk. De besturing gebeurt via een 6D-muis die aan de robot gemonteerd is, die het programmeren van bewegingspunten en het registreren van bewegingssequenties mogelijk maakt. Daardoor kan de KUKA industriële robot op eenvoudige en intuïtieve wijze worden bewogen. Het gebruik van dit pakket vereist geen training of een tijdrovende scholing van medewerkers.

Om een soepele werking te kunnen garanderen, moet ook de communicatie tussen de componenten worden geharmoniseerd. Hierbij vindt de aansluiting van het SICK veiligheidssysteem (veiligheids-laserscanner microScan3 + veiligheidsbesturing Flexi Soft) op de robotsturing plaats via een veilige veldbus zoals Ether-Cat/FSoE, EtherNet/IP/CIP Safety of PROFINET/PROFIsafe. De AIRSKIN wordt via 2 kanalen op de veiligheidsingangen van de veiligheidssturing aangesloten.

Samen met de partners Blue Danube Robotics en SICK heeft een zorgvuldige selectie van de componenten plaatsgevonden om een zo eenvoudig mogelijke integratie met de hoogste veiligheidsstandaard mogelijk te maken. De testopbouw stond in het KUKA Application Center in Steyregg waar het samenspel van de componenten uitvoerig werd gecontroleerd en getest.