Bezpečná interakce člověka s robotem bez ohrazení

Robot bez ohrazení v tomto závodě na výrobu automobilových motorů zlepšuje ergonomii a kvalitu tím, že spolupracuje s pracovníky na instalaci zapalovacích svíček. Robot bez ohrazení v tomto závodě na výrobu automobilových motorů zlepšuje ergonomii a kvalitu tím, že spolupracuje s pracovníky na instalaci zapalovacích svíček. Obrázky poskytla společnost AppliedManufacturing Technologies, LLC/RIA

Spolupráce člověk–robot (Human-Robot Collaboration – HRC) je stále běžnější, ale i tak lidé musí zůstávat bdělí. Lidé a roboty mohou interagovat a zvyšovat produktivitu.

Kolaborativní roboty se snadno integrují a lze je naprogramovat během několika hodin. Stojí méně, zabírají méně místa než tradiční roboty a mohou jít tam, kam jejich protějšky s velkým užitečným zatížením často nemohou. Kolaborativní roboty jsou flexibilní a jsou obvykle bez ohrazení. Spolupráce však zahrnuje riziko. Jejich lehká těla a omezený výkon se nemusejí v závislosti na mnoha faktorech promítnout do nízkého rizika v pracovní zóně. Robotické systémy bez ohrazení přicházejí v mnoha formách, tvarech a velikostech. Jednou se může spolupráce člověk–robot (HRC) stát běžnou.

Mezitím si pracovníci musejí být vědomi nekonvenčních robotických buněk s konvenčními roboty bez ohrazení. Software zabudovaný do nejnovějších řídicích prvků robotů spolu se senzory a dalšími technologiemi řízení bezpečnosti osvobozují vysokorychlostní roboty s vysokým užitečným zatížením z jejich pevných klecí a uvolňují je ke spolupráci s lidskými spolupracovníky.

Jen noví uživatelé mohou dávat rovnítko mezi „bezpečností bez ohrazení“ a kolaborativními roboty s omezeným výkonem a silou. Není tomu tak, ale některé scénáře představují více výzev než jiné. Buňka pro obsluhu stroje bez ohrazení může zahrnovat vysoce výkonný robot, který se pohybuje společně s pracovním tokem. Práce bez ohrazení může ušetřit podlahovou plochu a náklady na pevné ohrazení i na dobu jeho instalace. Umožňuje větší flexibilitu pro uspořádání buněk a usnadňuje překonfigurování nebo přemístění pracovních buněk. Bez ohrazení a uzamykání mohou pracovníci efektivně interagovat s buňkou za účelem provozu a údržby.

„Přichází k nám mnoho lidí, kteří říkají, že chtějí kolaborativní robot. Když pak ale hovoříme o jejich aplikacích, ukáže se, že to, co opravdu hledají, je robot bez ohrazení,“ upozornil Rick Vanden Boom, viceprezident pro systémy společnosti Applied Manufacturing Technologies (AMT). Vanden Boom uvedl, že je nejprve potřeba zvážit aplikační požadavky, jako je objem výroby a užitečné zatížení, a poté najít „správný robot pro danou aplikaci“.

Kolaborativní roboty s omezením výkonu a síly jsou vhodné pro různé aplikace, zejména když operátoři a roboty pracují v těsné blízkosti nebo společně.

Spolupráce, ergonomie, kvalita

Zákazník automobilového prvovýrobce se obrátil na integrátora s žádostí o kolaborativní robotickou buňku pro svůj závod na výrobu hnacích ústrojí. Robot měl operátorovi pomáhat s vkládáním zapalovacích svíček.

V tomto případě jde o kolaborativní robot (viz foto) s užitečným zatížením 35 kg. Kolaborativní robot, obložený zelenou měkkou pěnou, pracuje vedle operátora na montážní lince bez bezpečnostního ohrazení. Je vybaven nástrojem na konci ramene (End-Of-ArmTool – EOAT), který pojme čtyři zapalovací svíčky.

Proces montáže začíná tím, že se bloky motoru přivádějí po jednom na dopravník. Robot se otočí a nastaví nástroj EOAT operátorovi, který také stojí vedle linky. Při interakci přímo s robotem vloží operátor zapalovací svíčky do nástroje EOAT.

Po dokončení vkládání zapalovacích svíček stiskne operátor tlačítko na robotu, aby se obnovila operace. Rameno robotu se pak otočí směrem k dopravníku, spustí EOAT do polohy nad blokem motoru a vloží zapalovací svíčky do hlav válců.

EOAT funguje jako pneumatický klíč. Když robot zasune zapalovací svíčky do hlav válců a začne tlačit dolů, stlačí pružinový nástroj, který začne otáčet zapalovací svíčky. Tím se zahájí proces zašroubování. Další automatizace úkol následně dokončuje dotažením zapalovacích svíček na určený utahovací moment.

Tento proces býval manuální a využíval nástroje zavěšené na visutém kabelovém systému, který operátor přesouval na místo. Operátoři pak vkládali zapalovací svíčky do nástroje, zvedli jej nad hlavu a pak se pokoušeli dostat zapalovací svíčky do hlav válců. Ergonomie a kvalita byly hlavními problémy.

„Pro některé pracovníky to bylo obzvlášť náročné kvůli jejich výšce,“ připomněl Vanden Boom. „Kvůli manuální povaze této operace docházelo ke kolizím s nástroji, zapalovacími svíčkami a blokem motoru. Hrozila také možnost následného stržení závitů zapalovacích svíček.“

Ergonomie a kvalita byly dva přesvědčivé důvody k automatizaci. Proč nebyl použit tradiční robot? Vanden Boom uvedl, že závod chtěl, aby aplikace kolaborativních robotů spolupracovala s operátory. V tomto případě nebylo užitečné zatížení příliš vysoké a robot se nemusel pohybovat tak vysokou rychlostí. Kolaborativní robot splňoval požadavek na dosah.

„U kolaborativního robotu byla mnohem jednodušší implementace než při použití tradičního robotu a přidání světelných závor nebo prostorových skenerů,“ řekl Vanden Boom. „Pohyb je poměrně omezený a umožňuje velmi dobrou interakci s operátorem.“

HRC 2Světelné závory pomáhají chránit pracovníky před potenciálními místy skřípnutí, když kolaborativní robot bez ohrazení, který je vybaven speciálním nástrojem na konci ramene, instaluje zapalovací svíčky

Posuďte a zmírněte možná rizika

Bezpečnost byla hlavním cílem všech zúčastněných – šlo o první kolaborativní robot nasazený v závodě.

„Bezpečnosti věnovali zvláštní pozornost bezpečnostní týmy společnosti, závodu a odborů,“ reagoval Vanden Boom. „Skutečnost, že operátoři interagují přímo s robotem, aby vložili díly do EOAT, vyžadovala také akceptování ze strany pracovníků závodu.“

Kolaborativní robotická buňka má dvě bezpečnostní světelné závory, které chrání operátory před neúmyslným kontaktem s EOAT během instalace zapalovacích svíček.

„Naše počáteční koncepce práce nezahrnovala žádné světelné závory ani další bezpečnostní prvky,“ sdělil Vanden Boom, „ale když jsme prováděli hodnocení rizik, bylo na základě konstrukce nástroje zjištěno, že pokud by operátor ponechal ruku na místě, když se robot začíná pohybovat dolů se zapalovacími svíčkami, mohlo by vzniknout místo skřípnutí. Přidali jsme tedy několik malých světelných závor, které byly aktivovány pouze tehdy, když byl robot v pohybu směrem dolů.“

Vanden Boom uvedl, že jsou to již více než dva roky a aplikace stále běží.

„Máme spoustu aplikací využívajících kolaborativní roboty, které ve skutečnosti neinteragují s lidmi. Pouze pracují v prostředí bez ohrazení. Tato aplikace je skutečně kolaborativní.“

Ať už se jedná o použití robotu omezujícího výkon a sílu, nebo o vysoce výkonný robot bez ohrazení s bezpečnostními senzory a ovládacími prvky, je třeba aplikaci posoudit a při interakci pracovníků a automatizace je třeba identifikovat a zmírnit možná rizika. Za vyhodnocení rizika není žádná náhrada.

Tanya M. Anandanová je přispěvatelka sdružení Robotic Industries Association (RIA) a magazínu Robotics Online. RIA je neziskovým oborovým sdružením zaměřeným na zvyšování regionální, národní a globální konkurenceschopnosti severoamerických odvětví výroby a služeb prostřednictvím robotiky a související automatizace. Tento článek byl původně publikován na webové stránce sdružení RIA. RIA je součástí sdružení Association for Advancing Automation (A3), obsahového partnera vydavatelství CFE Media. Upravil Chris Vavra, redaktor časopisu Control Engineering, CFE Media, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com