协作机器人与人类分享任务的能力,灵活地适应新的要求,可以为各种工业应用的投资提供高回报。制造商聘请这些机器人可以获得综合安全功能的好处,使他们能够与人类合作或关闭,并为各种重复性任务提升生产率。

尽管包括轻量级框架,碰撞检测技术和最小化的捏积分,但仍必须考虑适当的安全措施 - 包括夹具,末端执行器和位于协作工作区附近的其他设备。基于全面风险评估的安全实施对于确保协同机器人应用的成功至关重要。

本文讨论了从协作机器人(通常简称为“cobots”)中获得最大价值的行业标准、项目阶段和解决方案。它还定义和讨论了机器人本身的安全要求,以及协同工作空间和典型的协同操作。

什么是cobots,以及安全标准适用的是什么?

合作机器人旨在通过像强制反馈,低惯性伺服电机,弹性致动器和碰撞检测技术相反,利用人类运营商,限制其电力和力能力,以适合接触的水平。比传统机器人更紧凑,Cobots通常具有轻质框架,具有柔软,圆形边缘和最小化的夹点(图1)。

图1.协作机器人的手臂轻巧灵活,具有最小的夹点,以确保安全操作。

力量和速度监测是协作机器人的定义能力。当它们配备有检测到某人进入协作工作空间时的安全设备时,通常允许以更高的速度运行。当人们不存在于危险区内时,这有助于它们最大化吞吐量。

安全标准ISO 10218和技术规范RIA TS 15066定义了协同机器人的安全功能和性能。在TS 15066下,基于应用数据、人类接触区域和工作空间危害设置合作机器人的力和速度监测。人体接触有两种类型:瞬态接触和准静态接触。前者指的是不夹紧的接触,而后者涉及的情况,可以导致一个身体部分被夹住。

应用数据、可能的人员接触和工作空间危险都考虑到基于TS 15066计算的安全设置中。对于不熟悉安全标准的制造商来说,这可能是一项具有挑战性的任务,在这种情况下,他们可以聘请安全评估供应商进行计算,并为提高整体协作应用程序的安全性提供建议。

手导教学安全标准

ISO 10218和ISO / TS 15066为协同机器人教学功能提供标准和指导。许多Cobots,例如欧姆龙的TM系列机器人,采用直观的手动指导机制来教授新的任务,而无需明确地编程机器人臂的运动。手动导向模式监控力和速度,以确保教学过程符合安全标准。

使手动引导。在操作员进入机器人的教学工作空间之前,即使机器人的力和速度限制功能被激活,也必须停止机器人。否则,必须在区域扫描仪等安全装置检测到操作者时执行保护停止。

与高速机器人不同的是,只要安全力量和速度监控处于活动状态,操作员就可以使用简单的触发器、按钮或模式选择来激活教学模式。否则,需要三位置安全开关。安全标准要求教学模式转换要深思熟虑,不能导致意外运动,避免造成额外的危险。

图2。在协作应用程序中,风险评估必须考虑到除了机器人本身之外的任何周边设备。

确保安全教学。由于操作者对机器人的运动负责,他或她必须随时注意周围的设备和安全问题(图2)。可以强制限制运动,如空间和软轴限制,以帮助保持操作者的安全。

启用安全操作。操作员必须先腾空受保护的空间。这可以通过安全传感器或额外的操作员验证来检测。为了使机器人重新运行,必须提供有意的模式选择。

什么是协作工作区?

协同机器人围绕其他设备执行可能造成潜在伤害的自动化任务。协作机器人操作的领域,包括任何工具或附加设备,被称为协作工作空间。根据ISO 10218/ANSI RIA 15.06的定义,这是在安全区域内的空间,机器人和人类可以在生产操作期间同时执行任务。类似地,TS 15066将其定义为在生产过程中,机器人系统可以与人类操作员同时执行任务的操作空间内的区域。

在完整的协同自动化项目中列出并绘制出所有附加设备是很重要的。制造商应确保评估每个设备的潜在危险和安全传感器,以防止人员和设备的损害。此外,必须清楚地标记协作工作空间。

以下是非营养安全额定设备的示例,可以成为需要安全设备的工作空间的一部分:

  • 材料处理

  • 工具

  • 叨纸牙/致动器

  • 机器

安全装置通常很容易集成到协同机器人应用中。以下是一些保护协作工作空间的解决方案。

开放式安全保护解决方案。安全区域扫描仪和垫子是对Cobots最受欢迎的保障措施。它们也是一些最简单的项目,可以集成到具有低危险和额外额外的设备的应用中。

门控/有限区域安全防范解决方案。安全灯罩和安全开关用于有危险或高速操作使能提高生产力的应用。

主动危险安全保护解决方案。当存在危险或操作可能导致危险时,操作人员可以启用“deadman”开关——如果用户没有施加压力,这个开关会自动回到“off”位置。

最大化协同作业的安全性。制造商必须验证他们的Cobot应用程序,以跨所有操作安全。每个应用程序都是独一无二的,但在与人类运营商合作时,在执行特定任务时,还可以在评估机器人的安全时遵循一些指导原则。即使机器人没有移动,也可能存在驱动和动力危险。

启用安全的机器人。无论是启动机器人还是从紧急停止状态恢复,必须有故意行为使机器人能够确保操作人员的安全和不存在危险;例如,当e-stop被操作员激活时,机器人不应该执行自动重新启用。相反,它应该需要来自第二个操作符验证操作的输入。

安全指导。在设计和安全设置期间,制造商必须确保只有在(1)机器人已停止后才能发生,(2)故意模式选择,(3)速度和力监测是活动的。如果在没有停止命令或安全输入的情况下发生手动引导激活,则应启动安全停止和故障。

安全操作。操作人员必须选择国际模式,才能使合作机器人实现自动或运行操作,并要求所有安全设备和条件都必须经过操作验证。操作人员在操作前必须保护臂尾工具免受危险。

安全验证。对制造商来说,重要的是要有一个安全评估服务小组审查所有周边地区和设备,并在必要时进行安全补救服务。安全服务小组将进行现场检查,以评估设备的安全性,确认认证,验证安全参数设置,并记录安全验证已经完成。

协同机器看护的安全考虑

由于安装易于安装,投资回报和机器人灵活的制造能力的高度,机器趋势是COBOTS最常见的应用。机器趋势应用可能在其外观中误导;事实上,它们是为完成许多检查和安全评估的专家的行业顶级安全问题之一。

为了最大限度地提高自动化机器护理应用的安全性,制造商必须使用安全等级的夹持器,以防止操作员受伤,他们还应该调查产品本身是否存在任何危险(如极端高温或尖锐的边缘)。

其他需要考虑的事情包括:

  • 当另一台机器处于安全停止状态时,其他机器是否需要进行安全控制连接以防止其中一台运行?

  • 是否使用材料处理设备?如果是这样,什么是必要的安全考虑因素?

  • 由于用于机器看护的协同机器人可以从一台机器转移到另一台机器,如何验证安全设置和程序?

  • 是否为操作人员设置警示区域,以指示危险或操作干扰?

对于操作者可能被机器人和周边设备困住或夹住的任何情况,检查整个区域也是极其重要的。

协同物料搬运的安全考虑

图3。协作机器人为包装应用提供了一个高度灵活的解决方案。

物料处理应用程序,这些应用程序受益于Cobots的融合挑选,包装,码垛,分类等(图3)。这些应用的广泛使用使它们成为一个更具体地的安全实施解决方案。运营商和其他工人经常在Cobot周围移动或运输其他材料,需要额外的计划来避免危险接触。

安全等级的抓手目前在市场上很少见。目前,制造商通常使用气动夹持器,这需要考虑到冲击和失去动力或吸力的安全因素。

应用程序设计人员还必须调查产品本身是否呈现任何像重或含有危险物质的陷阱,如果产品被丢弃,那么可能是特别问题的特征。

其他需要考虑的事情包括:

  • 当另一台机器处于安全停止状态时,其他机器是否需要进行安全控制连接以防止其中一台运行?

  • 既然协作机器人可以从一个应用程序转移到另一个应用程序,这如何影响安全设置和程序的验证呢?

  • 是否为操作人员设置警示区域以指示危险或操作干扰?

与自动化机器趋势应用一样,制造商必须在操作员可以被捕获或夹紧的情况下查看整个区域。

协同装配的安全考虑

图4。协同机器人可以与多种末端执行器一起工作,每个末端执行器都必须进行安全操作评估。

使用协同机器人的装配应用程序通常涉及特殊的工具和与操作者的密切合作,同时也需要出现高速作业区域。大量的自定义手臂末端工具使得这些应用程序特别复杂(图4)。如果涉及多个机器人,应用程序设计者必须协调每个机器人的安全解决方案。

与材料处理应用一样,重要的是考虑气动夹具的安全要求,地方是操作员可以被捕获或夹紧,并且任何重量或含有有害物质的产品。

其他需要考虑的事情包括:

  • 当另一台机器处于安全停止状态时,其他机器是否需要进行安全控制连接以防止其中一台运行?

  • 既然协作机器人可以从一个应用程序转移到另一个应用程序,这如何影响安全设置和程序的验证呢?

  • 是否为操作人员设置警示区域以指示危险或操作干扰?

概括

在设计时考虑了人类协作者,协作机器人通常被认为是安全的;然而,它们仍然需要进行风险评估,以确保人类操作者在整个使用过程中的安全。制造商必须考虑与手动引导教学相关的所有可能的危险,包括瞬态和准静态接触,以及在机器人紧急停止时可能发生的情况。

设计师的自动化机械工具、物料搬运和组装应用程序必须考虑所有的机器人将与一个运营商,哪些方面的环境可能导致夹紧或截留,什么end-of-arm工具可能构成风险的特点由于高温,锋利的边缘,或其他危害。

如果彻底地进行了风险评估,并实施了必要的安全措施,它将确保应用程序成功地提高效率并提高性能。

本文由Tina Hull,Tuv功能安全专家和产品工程师,以及机器人和运动市场经理Darrell Paul,IL,霍夫曼庄园,霍夫曼庄园,IL。有关更多信息,请访问在这里


科技简报》杂志

本文首次发表于2019年5月号技术简介杂志。

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