Koboty – bez barier

kobot_narzędzie

Roboty współpracujące mogą pracować z ludźmi nieoddzielone żadną barierą. Dlaczego więc  część z nich kończy w klatce? Jak naprawdę jest z tą współpracą?

Przede wszystkim o operacji współpracy (collaborative operation) robota i człowieka możemy mówić wówczas, gdy człowiek i robot pracują razem w określonej przestrzeni/miejscu (collaborative workspace), gdzie mogą oni wykonywać zadania jednocześnie podczas operacji produkcyjnych.

Rozwój współpracy człowieka z robotami można podzielić na pewne etapy. W najbardziej prymitywnej formie współpracy człowiek i robot byli oddzieleni od siebie, ze względów bezpieczeństwa, za pomocą fizycznej bariery, np. osłony stałej. W miarę rozwoju techniki bezpieczeństwa można było przenieść współpracę na wyższy poziom. Dzięki zastosowaniu barier świetlnych i innych ESPE*, człowiek mógł wejść do strefy pracy robota, ale przez strzeżoną przez ESPE bramkę. Strefa pracy robota by taktowana jako strefa niebezpieczna. Jej naruszenie powodowało natychmiastowe zatrzymanie robota. Dopiero wówczas wykonanie przez człowiek pracy w tej strefie było uznawane za bezpieczne.

Etap 3 charakteryzuje się brakiem fizycznych barier. Strefa pracy robota w dalszym ciągu jest uznawana za niebezpieczną. Dostęp do niej jest strzeżony przez wielostrefowe skanery bezpieczeństwa. W miarę zbliżania się człowieka do robota wysyłają one do niego sygnały, które mogą np. zwolnić ruchy robota, a w sytuacji możliwości bezpośredniego kontaktu – zatrzymać go całkowicie. Na tym etapie uzyskujemy możliwość zbliżenia się do robota, nawet na dość niewielkie odległości. Trudno jednak mówić o jednoczesnej pracy człowieka i robota.

Prawdziwy przełom następuje w etapie 4. Pojawiają się lekkie roboty, które mają wbudowane systemy bezpieczeństwa, np. ograniczenie siły. Dzięki ustawieniu bezpiecznych wartości siły i nacisku bezpośredni kontakt człowieka z robotem nie jest już obarczony wysokim ryzykiem. Roboty takie zaczyna się nazywać współpracującymi (z ang. collaborative robots) lub w skrócie cobotami (kobotami). Mogą one pracować bez żadnych barier “ramię w ramię” z człowiekiem. Pełnią one jednak tylko rolę inteligentnych ramion – podają lub odkładają detale, wykonują prosty montaż itp. Robot i człowiek wykonują każdy swoje, odseparowane operacje. Kontakt jest raczej rezultatem przypadku i jest w gruncie rzeczy niepożądany.

koboty-współpraca4_fot

Etap 5 to prawdziwa współpraca. Człowiek używa robota jak narzędzia. Może np. ręczne naprowadzić go na właściwą pozycję pracy.

koboty-współpraca5a
koboty-współpraca5_fot

Specyfikacja techniczna ISO/TS 15066 wyróżnia 4 sposoby współpracy człowieka i robota:

  1. Bezpieczne kontrolowane zatrzymanie (safety-related stop)
  2. Ręczne prowadzenie (hand guiding);
  3. Kontrola prędkości i bezpiecznej odległości (speed and distance monitoring);
  4. Ograniczenie nacisku i siły (power and force limiting);

Koboty, z racji zastosowanych w nich zabezpieczeń, są predestynowane do aplikacji wykorzystujących ręczne prowadzenie lub ograniczenie siły nacisku jako środki bezpieczeństwa (pierwszy lub drugi sposób współpracy).

Zwłaszcza rodzaj współpracy wykorzystujący ograniczenie siły i nacisku kobota podczas kolizji z człowiekiem jest najbardziej obiecujący. Pozwala bowiem utrzymać ciągłość procesu w bezpośredniej bliskości człowieka przy braku barier i innych, zewnętrznych względem kobota, urządzeń ochronnych. Warunkiem bezpiecznej współpracy jest przeprowadzenie oceny ryzyka i zaprogramowanie w robocie bezpiecznych granicznych wartości biomechanicznych. Niezbędne jest zastosowanie w tym celu specyfikacji technicznej ISO/TS 15066 oraz przeprowadzenie walidacji rzeczywistych wartości siły i nacisku. Słabą stroną tego rodzaju współpracy jest stosunkowo niska prędkość wykonywanych czynności. Jest ona konsekwencją utrzymania granicznych wartości biomechanicznych (siły i nacisku podczas kolizji) na bezpiecznym dla człowieka poziomie.

Nie należy jednak bezrefleksyjnie skreślać aplikacji zrobotyzowanych z zastosowaniem kobotów, opartych o mechanizm bezpiecznego zatrzymania lub kontroli odległości bezpieczeństwa. Niekwestionowaną zaletą tych typów współpracy jest utrzymanie wysokich prędkości robota, który po zbliżeniu się człowieka do strefy niebezpiecznej, powinien się zatrzymać lub nie dopuścić do zbliżenia się na niebezpieczną odległość. Warto przy okazji rozważań nad zastosowaniem tych typów współpracy pamiętać o właściwy obliczeniu i późniejszej walidacji odległości bezpieczeństwa dla ESPE wg PN-EN ISO 13855. Ze względu na szczupłość miejsca na wydziałach produkcyjnych chętnie stosuje się raczej osłony stałe. Trzeba wówczas pamiętać o zastosowaniu PN-EN ISO 13857, która określa odległość tych osłon od stref niebezpiecznych.

Trzeba zdawać sobie sprawę że koboty zostały stworzone do pracy w bezpośredniej bliskości człowieka. Praca w przestrzeni osłoniętej siatką lub innymi barierami (ESPE, skanery bezpieczeństwa) nie jest ich “naturalnym środowiskiem”.


ESPE – elektroczułe wypsażenie ochronne

Źródła:

  • Kuka
  • Yaskawa
  • ISO/TS 15066