Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Jedním z dlouhodobých výzkumných projektů řešených ve společnosti B&R je vývoj průmyslového robotu natolik bezpečného, že bude moci pracovat společně se svými lidskými „kolegy“ bez jakékoliv ochranné bariéry. Po úspěšné integraci řídicí a pohonné bezpečnostní techniky s využitím komunikačního protokolu OpenSafety spočívá další krok v bezpečném ovládnutí celého kinematického řetězce, na němž již odborníci v současnosti pracují, a také v certifikování příslušného systému společností TÜV, které je již připravováno.
„Jednoho dne se mohou objevit průmyslové roboty, které již nebudou potřebovat ochrannou bariéru – tedy klec, chcete-li –, která by chránila lidi před zraněním,“ tvrdí Dr. Gernot Bachler, když stručně naznačuje jeden z ideálních scénářů, z něhož vychází činnost jeho výzkumného týmu. Dr. Bachler vede od roku 2000 programy výzkumu a vývoje softwaru pro CNC a robotiku ve společnosti B&R. „Nicméně tento den je daleko v budoucnosti, zejména proto, že i když naučíme roboty reagovat stejně rychle jako lidi, nestačí to k zabránění možným kolizím. Lidé se pohybují příliš nepředvídatelně, což znamená, že roboty budou muset mít určité schopnosti anticipace.“ Ačkoliv Isaac Asimov měl při formulování svých tří základních zákonů robotiky (viz vložený text) na mysli především humanoidní autonomní stroje s vlastní inteligencí, těžko lze najít přiléhavější definici cílové vize i pro vývoj v oboru průmyslových robotů.
Uvedené myšlenky nejsou čistá teorie či snad sci-fi, ale východiska zcela konkrétního, na využití v praxi orientovaného výzkumu v oboru bezpečnostní řídicí techniky, vývoje „žlutých“ senzorů a také minimalizace rizika zranění použitím patřičně navržených a provedených vlastních robotů. Stejně, jako je tomu v ostatních oblastech techniky, vyplývají hlavní technické vlastnosti robotů z požadavků na jejich použití. „V první řadě se jako nejdůležitějším problémem musíme zabývat ovládáním vlastních pohybů robotů,“ říká Bachler, čímž vymezuje bezprostřední cíle v rámci dlouhodobé, dalekosáhlejší vize. „Jakmile toto zvládneme, můžeme se začít podrobněji zabývat tím, jak odstranit určité překážky bránící zvýšení úrovně bezpečnosti pracovníků v různých oblastech využití robotů.“ Mezi ně může patřit např. řezání laserovým nebo vodním paprskem nebo nanášení barvy vysokotlakou tryskou apod.
Základem je systém SafeLogic
Nejmodernější přístup řeší bezpečnost robotických systémů již ve sféře jejich řízení. Díky otevřenému bezpečnostnímu komunikačnímu protokolu OpenSafety lze spolehlivě přenášet bezpečnostní signály po libovolné průmyslové komunikační sběrnici. Osvědčené bezpečnostní řídicí jednotky SafeLogic a kompaktní bezpečnostní moduly SafeI/O umožňují přímo připojit k řídicí jednotce samotného robotu kompletní řadu periferních bezpečnostních zařízení – od bezpečnostních rohoží citlivých na tlak až po bezdrátová zařízení pro zpracování obrazové informace. Testovací software nainstalovaný přímo v modulech nepřetržitě kontroluje i vlastní fyzické připojení bezpečnostních senzorů.
Výrobci robotických systémů mohu nyní také snáze vytvářet bezpečnostní aplikační programy. Zapojení se provádí virtuálně v nástroji SafeDesigner při použití funkčních bloků, které nejen že vyhovují standardu PLCopen, ale jsou také certifikovány společností TÜV Rheinland. Nástroj SafeDesigner je součástí vývojového prostředí B&R Automation Studio, jehož programovací možnosti daleko přesahují pouhé konfigurování.
Systém SafeMC pro třetí zákon Isaaca Asimova
Z hlediska bezpečnosti robotických systémů je vedle vlastního sekvenčního řízení neméně důležité také sledování pohybů os a ramen a dodržení zastavovacích vzdáleností. V této oblasti bezpečného ovládání pohybů společnost B&R nedávno nastavila nová měřítka zavedením systému SafeMC (Safe Motion Control). Zabudování bezpečnostní techniky přímo do servoměničů a motorů umožnilo zkrátit dobu potřebnou k detekování závad a reagování na ně z typických 80 ms (při použití bezpečnostních obvodů s odpojovacími relé) na 7 ms, čímž se brzdné dráhy zkrátily na setinu dřívějších hodnot (tj. o dva dekadické řády). „Při zachování stejné rychlosti pohybů robotu je tudíž možné zmenšit bezpečné vzdálenosti i celkové rozměry jeho klece,“ říká Bachler spokojeně, když informuje o jednom z dosažených cílů vývoje. „Zjevnou předností této certifikované bezpečnostní techniky pohonů v oboru robotiky je mechanismus inteligentní bezpečné reakce SSR (Smart Safe Reaction), který společně se systémy SBC (Safe Brake Control) a SLS (Safely Limited Speed) nabízí bezpočet alternativ k pouhému prostému vypnutí stroje (obr. 1). Jde o mnohem jemnější mechanismus, který nejen že chrání personál, ale také zabraňuje poškození robotů při jejich nouzovém zastavení z důvodu bezpečnosti.“
Další cíl: kinematický řetězec
Další krok ke zvyšování bezpečnosti robotů, na němž odborníci v současné době pracují, spočívá v zavedení mechanismu SSR nejen na úrovni jednotlivých pohybových os, ale také při řízení výsledného pohybu konce nástroje (Tool Center Point – TCP). „Abychom toho mohli dosáhnout, musí logika bezpečné reakce v systému SafeMC zohledňovat a zvládat celý kinematický řetězec robotu se všemi možnými různými pohyby a eventualitami, jež mohou nastat,“ říká Bachler, když upozorňuje na jeden z problémů, jehož řešení má jeho tým ještě před sebou. „V současné době jsme však již natolik pokročili ve vývoji funkčních bloků, které jsou k tomu třeba, že jsme již s TÜV projednávali možnost jejich certifikace a uvedení na trh v roce 2011.“ Funkční bloky potřebné k tvorbě bezpečnostního softwaru budou neprodleně začleněny do vývojového nástroje SafeDesigner.
Uvedený cílový termín se shoduje s termínem očekávaného představení analogových bezpečnostních modulů řady SafeI/O, které do oboru robotiky přinesou další zajímavé možnosti při stavbě bezpečnějších robotických systémů budoucnosti – systémů, které budou přirozeně respektovat tři základní zákony robotiky a budou stále více vystupovat z klecí, aniž by přitom ohrožovaly člověka.
Obr. 1. Mechanismy Smart Safe Reaction, Safe Brake Control a Safely Limited Speed společně chrání pracovníky a zabraňují
poškození robotů (v – rychlost pohybu, vSLS – bezpečně omezená rychlost pohybu)
Tři základní zákony robotiky podle Isaaca Asimova
- Robot nesmí ublížit člověku nebo svou nečinností dopustit, aby bylo člověku ublíženo.
- Robot musí poslechnout člověka, kromě případů, kdy je to v rozporu s prvním zákonem.
- Robot se musí chránit před poškozením, kromě případů, kdy je to v rozporu s prvním nebo druhým zákonem.