Aktuální vydání

celé číslo

04

2022

veletrh Amper 2022
celé číslo

Zlepšování vztahů mezi roboty a lidmi

Při spolupráci průmyslových robotů s lidmi je nutné spolehlivě sledovat rychlost koncového bodu nástroje. Společnost B&R pro realizaci integrovaných bezpečnostních systémů k tomu potřebných nabízí při použití protokolu OpenSafety bezpečnostní funkční bloky s certifikací od TÜV. Jde o jednoduchý způsob, jak do robotických systémů zavést pokročilé bezpečnostní funkce, a to nezávisle na použité řídicí technice. 

V místech, kde pracují průmyslové roboty, zpravidla nemohou být současně přítomni lidé. Jsou příliš pomalí, než aby pokaždé dokázali včas zareagovat na nebezpečné situace, a pro stroje příliš nepředvídatelní. Ty nedokážou předpokládat příští akce člověka a kompenzovat je. Robotické systémy proto obvykle pracují v ohrazeních znemožňujících přístup personálu. Většinou takové řešení vyhovuje, protože velkých rychlostí výrobních operací lze dosáhnou pouze tehdy, může-li robot pracovat bez přerušení (obr. 1). Jsou však situace, kdy je zásah člověka nutný, např. při dokončování robotických sekvencí. Nejde však jen o tento případ. Existuje ještě mnoho dalších výrobních operací a procesů, u nichž by bylo užitečné, aby lidé a stroje pracovali společně – ruka s rukou, resp. ruka s chapadlem.

„Jednoho dne bychom mohli mít průmyslové roboty, které by již nepotřebovaly ochranné hrazení nebo klece chránící lidi před zraněním,“ předvídal Dr. Gernot Bach­ler, když v roce 2010 popisoval vizio­nářský cíl výzkumných programů v oblasti CNC a robotiky, které ve společnosti B&R vede. Člověk si může celkem snadno představit davy křičící své protestní: „Osvoboďte roboty z klecí!“ 

Zajištění bezpečného pohybu koncového bodu nástroje při použití protokolu OpenSafety

Tradiční metody zajištění bezpečnosti na pracovišti, např. nouzový vypínač aktivovaný otevřením bezpečnostní brány, již nestačí. Pro oblast robotiky, kde se sledování bezpečné rychlosti pohybu neomezuje jen na jednotlivé pohybové osy, ale nutně zahrnuje i celý robotický systém včetně koncového bodu nástroje (Tool Center Point – TCP), je třeba navrhnout a zavést nové specifické koncepty funkční bezpečnosti.

Společnost B&R jako první krok na cestě k pokročilému komplexnímu zajištění funkční bezpečnosti robotů zavedla funkci bezpečně omezené rychlosti SLS (Safely Limited Speed – SLS) koncového bodu nástroje robotu. Tato funkce vychází z požadavků norem EN ISO 10218-1 a EN ISO 10218-2 pro bezpečnost v oboru průmyslových robotů a robotických systémů spolupracujících s lidskou obsluhou.

Nová funkce SLS koncového bodu nástroje zavedená společností B&R je rozšířením pokročilých bezpečnostních funkcí pro bezpečné řízení pohybu integrovaných přímo do servoměničů Acoposmulti. V porovnání s konvenčními bezpečnostními relé zkracují tyto pokročilé funkce, známé také pod zkratkou SafeMC, doby odezvy při výskytu chyby z 80 na 7 ms a dráhu do zastavení stokrát (o 99 %). Systém SafeMC vedle toho nabízí také mnoho alternativ k tradičnímu prostému náhlému nouzovému zastavení včetně inteligentních bezpečnostních reakcí (Smart Safe Reactions), jako jsou např.:

  • STO (Safe Torque Off): bezpečné odpojení momentu,
  • SBC (Safe Brake Control): bezpečné řízení brzdy,
  • SS1 (Safe Stop 1): bezpečné zastavení 1,
  • SOS (Safe Operating Stop): bezpečné provozní zastavení,
  • SS2 (Safe Stop 2): bezpečné zastavení 2,
  • SLS (Safely Limited Speed): bezpečně omezená rychlost,
  • SMS (Safe Maximum Speed): bezpečná maximální rychlost,
  • SDI (Safe Direction): bezpečný směr,
  • SLI (Safely Limited Increment): bezpečně omezený přírůstek.

Monitorovaný kinematický řetězec

Je-li třeba bez použití dodatečných snímačů omezit rychlost koncového bodu nástroje na 250 mm/s, vyžadovaných předpisy pro spolupráci s lidmi, je nejprve zapotřebí zjistit jeho ak­tuál­ní rychlost. Tu lze určit s použitím údajů popisujících stav, polohu a rychlost jednotlivých pohybových os v kinematické transformaci. Potřebné údaje jsou získávány z modulů SafeMC v servoměničích Acoposmulti pro jednotlivé osy a přenášeny do bezpečnostní řídicí jednotky SafeLogic bezpečnostním protokolem OpenSafety, nezávislým na typu komunikační sběrnice. V řídicí jednotce SafeLogic jsou údaje transformovány, zjištěná (aktuální) rychlost koncového bodu nástroje je porovnána se zadanou bezpečnou hodnotou. Podle výsledku porovnání řídicí jednotka SafeLogic zajistí bezpečný přenos případných požadavků na spuštění bezpečnostních funkcí na místo jejich určení přímo v pohonu, kde jsou provedeny (obr. 2).

„Prvním krokem k umožnění práce robotů mimo zabezpečené prostory a jejich spolupráce s lidmi je technika poskytující možnost bezpečně sledovat celý kinematický řetězec robotu. Tato technika je u společnosti B&R již k dispozici a má certifikát od TÜV,“ shrnuje Dr. Bachler.

Funkční bloky s certifikací od TÜV

Společnost B&R nabízí pro vývoj řídicích programů zajišťujících bezpečnost robotů knihovnu parametrů a funkčních bloků s certifikací od TÜV, jejíž obsah lze využívat v bezpečnostním programovacím prostředí SafeDesigner podle požadavků jednotlivých zákazníků.

Bezpečnostní funkční blok v provozu porovnává rychlosti všech kloubů a nástrojů s určenými mezními maximálními rychlostmi. Obsluha může zadat až čtyři různé mezní hodnoty a bezpečně mezi nimi přepínat. Je možné zadat také různé rozměry nástrojů a současně sledovat několik bodů každého nástroje, a tudíž robot bezpečně řídit i při práci na velkoplošných dílech. Odezva na signál o překročení bezpečných hodnot je stanovena v bezpečnostním programu v závislosti na typu použitého robotu.

Geometrické rozměry robotického systému, použitá soustava jednotek a vztahy mezi osami a základním kloubem jsou popsány v bloku parametrů kompatibilním se všemi kinematickými systémy připadajícími v úvahu. Další blok parametrů vymezuje rozměry nástroje v systému souřadnic koncového nástroje. Znalost těchto rozměrů je nutná k určení rychlosti koncových bodů použitých nástrojů. 

Virtuální technika funkční bezpečnosti vede k větší efektivitě

„Technika virtuálního zapojení bezpečnostního obvodu v nástroji SafeDesigner při použití funkčních bloků podle standardu PLCopen s certifikací od TÜV zjednodušuje výrobcům i uživatelům robotických systémů vývoj programů zajišťujících funkční bezpečnost těchto zařízení,“ říká Dr. Bachler. „Bezpečně omezená rychlost pohybu koncového bodu nástroje je důležitým krokem na cestě k osvobození robotů z klecí.“ A také, což je ještě důležitější, zmenšuje požadavky na prostor potřebný k dosažení patřičné bezpečnosti při práci s roboty. To znamená, že použití robotických systémů je efektivnější a dostupnější. Brzy budou následovat funkce typů „bezpečné pracoviště“ (Safe Workspace) a „bezpečné orientace“ (Safe Orientations). 

(B+R automatizace, spol. s r. o.)

Obr. 1. Nejen na komplexních výrobních linkách, ale i v mnohem jednodušších a přehlednějších situacích, kde by to bylo velmi přínosné, zpravidla nemohou být na pracovištích s průmyslovými roboty současně přítomni lidé

Obr. 2. Snadno použitelná funkce Safely Limited Speed (SLS) chrání pracovníky a zabraňuje poškození robotu (v – rychlost pohybu, vSLS – bezpečně omezená rychlost pohybu)