Kan människor och industrirobotar arbeta tillsammans på ett säkert sätt?

Samarbete mellan människor och robotar i samma arbetsområde är mer efterfrågat än någonsin. Trenden mot robotceller utan skyddsstaket och minsta möjliga storlek fortsätter inom industrin. Målet är att integrera roboten i manuella arbetsmoment så enkelt som möjligt och utan kompromisser.
För att möta den ökande efterfrågan på samverkande robotdrift behövs kreativa idéer och praktiska lösningar. Samtidigt får man inte försumma fördelarna med en klassisk industrirobotcell, såsom snabbhet, noggrannhet, hög produktivitet och hållbarhet. Även robotens bärlast spelar en viktig roll. De samverkande lösningar för människor och robotar som existerar idag kännetecknas av låga bärlaster.

Samverkande robotar har hittills inte kunnat uppfylla dessa höga industrikrav eftersom de arbetar med betydligt lägre hastigheter och lägre bärlaster än industrirobotar. Deras begränsningar när det gäller anslutningsalternativ och möjligheten till integration i befintliga anläggningar blir också snabbt uppenbara. Med bakgrund av detta har KUKA nu tillsammans med SICK och Blue Danube Robotics tagit fram en helhetslösning som kombinerar maximal produktivitet och högsta säkerhet för samverkande robotdrift. Fokus har legat på ett säkert samarbete mellan robot och människa och det vid bärlaster på flera 100 kg. KUKA:s robotstyrning i kombination med teknologioption SafeOperation säkerställer ett problemfritt samspelet mellan de ingående komponenterna.

I systemvarianten sBot_Speed CIP för KUKA från SICK kombineras en microScan3 med säkerhetsstyrningen Flexi Soft samt en EFI-pro-gateway. Det redan verifierade säkerhetssystemet möjliggör säker, simultan övervakning av flera skyddsfält och upptäcker även personer som rör sig bakom det skyddade området. De robotspecifika inställningarna och kommunikationsparametrarna är redan förkonfigurerade och kan integreras på ett snabbt och säkert sätt i KUKA:s robotstyrning KRC4 med EtherNet/IP™ CIP Safety™. Detta sparar värdefull tid under planeringen och utvärderingen av säkerhetskonceptet.

MicroScan3 övervakar robotcellen kontinuerligt och delar upp arbetsområdet i tre zoner (se figur). Om det inte finns någon person i riskområdet (grönt område) kan roboten nå linjära hastigheter på upp till 2 m/s. En jämförbar samverkande robot arbetar med en maximal hastighet på 1 m/s. Om en person närmar sig roboten och således befinner sig i det orangefärgade området, sänks robotens hastighet så att den uppfyller kraven i riskanalysen enligt ISO TS15066. Det orangefärgade området fungerar som ett detektionsområde och används som en buffertzon så att roboten kan sänka hastigheten till den erforderliga hastigheten. När en person går in i det gula området aktiveras en säker övervakning av denna reducerade hastighet. Om denna överskrids stannar roboten med ett säkerhetsstopp 1 (bantroget NÖDSTOPP) enligt EN 60204. Om personen lämnar igen laserscannerns orangea och gula övervakningsområde, och riskområdet därmed töms, accelererar roboten automatiskt till den programmerade hastigheten.

Teknologipaketet SafeOperation är gränssnittet mellan säkerhetskomponenterna. Den bearbetar signalerna från säkerhetsgränssnittet, övervakar robotens rörelse och erbjuder ytterligare säkerhetsfunktioner. Till exempel definition av säkra övervakningsrum, säker övervakning av hastigheter och regelbunden kalibreringsreferering. Med dessa ytterligare funktioner kan verktygets position övervakas under hela driften och roboten stoppas på ett säkert sätt vid ett felbeteende. En förutsättning för att robotens rörelser ska kunna stoppas tillräckligt snabbt vid ett fel eller ett överskridande av de övervakade rumsgränserna är att bromsarna är i perfekt skick. Detta säkerställs genom ett automatiskt bromsprov. En cyklisk kontroll utförs för att kontrollera att motorernas bromsmoment är tillräckligt höga för att vid behov kunna stoppa roboten på ett säkert sätt.

Tillvalspaketet KUKA.Handguiding används för att industrirobotar och människor ska kunna samarbeta så praktiskt och effektivt som möjligt. Styrpaketet möjliggör trådlös manuell styrning av industrirobotar på ett särskilt användarvänligt sätt. Paketet styrs med en 6D-mus som är monterad på roboten och med vilken rörelsepunkter kan programmeras och rörelsesekvenser spelas in. Nu kan KUKA:s industrirobotar utföra robotrörelser på ett enkelt och intuitivt sätt. För att använda paketet krävs varken utbildning eller tidskrävande praktisk undervisning av personalen.

En förutsättning för en problemfri drift är att komponenterna kan kommunicera med varandra. SICK:s säkerhetssystem (säkerhetslaserscannern microScan3 + säkerhetsstyrningen Flexi Soft) är ansluts till robotstyrningen via en säker fältbuss, t.ex. EtherCat/FSoE, EtherNet/IP/CIP Safety eller PROFINET/PROFIsafe. AIRSKIN ansluts via 2 kanaler till säkerhetsstyrningens säkerhetsingångar.

Tillsammans med våra partner Blue Danube Robotics och SICK har vi gjort ett noggrant urval av komponenter som ska underlätta integrationen hos våra kunder och samtidigt säkerställa högsta möjliga säkerhetsstandard. Konceptet byggdes upp och testades i KUKA Application Center i Steyregg där samspelet mellan komponenterna kontrollerades och testades utförligt.