Hand-geguideerde collaboratieve robots: Veiligheidsstandards uitgelegd

Er zijn vier methoden voor collaboratieve robot (cobot) operatie gedefinieerd in de RIA 15.06-2012 veiligheidsstandaard en elk heeft zijn eigen plaats in productieoperaties. Van de vier lijkt handguiding de minst aandacht te krijgen. In de veiligheidsstandaard, sectie 5.10 (Collaborative Operation Requirements) definieert de vereisten die nodig zijn voor robots om in collaboratieve operatie te functioneren als voldaan aan een of meer van de volgende:

• 5.10.2 Veiligheids-geclassificeerde gemonitorde stop

• 5.10.3 Handguiding

• 5.10.4 Snelheid- en scheidingmonitoring

• 5.10.5 Vermogen en krachtbeperking door inherent ontwerp of controle

Handguiding stelt simpelweg dat de apparatuur — bijvoorbeeld een handguiding-handvat — dicht bij de eind-effector of robottool zal worden geplaatst en zowel een noodstop als een enablend apparaat zal hebben (denk aan live-man schakelaar zoals je op een teach pendant zou zien). Veel automatiseringsgebruikers zien handguiding simpelweg als "lead through teach," wat de capaciteit is om de robot vrij te bewegen om punten of paden in de operatie te leren. Dit is een gangbare mening maar lead through teaching is slechts de top van de ijsberg in het enorme aantal toepassingen die verbeterd kunnen worden met handguiding.

Een andere gangbare mening is dat handguiding toepassingen beperkt zijn voor langere reikwijdte of zwaardere payloads omdat er niet veel grote cobots beschikbaar zijn. Terwijl het waar is dat de meeste kracht- en krachtbeperkende collaboratieve robots de heel grote toepassingen mogelijk niet kunnen aan, is het belangrijk om te begrijpen dat de meeste robots gebruikt kunnen worden voor een collaboratieve toepassing.

In de kern van collaboratieve robots of collaboratieve operatie is collaboratie — om gezamenlijk met anderen te werken. Collaboratie met een robot wordt vaak gedacht als hand-in-hand werken met de robot om een taak te voltooien. In de kern is handguiding een operator die de robot met de hand beweegt of leidt — een vorm van collaboratieve operatie die het meest nauwkeurig afgestemd is op de ware betekenis van collaboratie.

Houd er rekening mee dat het meest efficiënte gebruik van collaboratieve robots bereikt wordt door de operator en robot te laten interacteren wanneer nodig en elk hun eigen taken in hun eigen werkruimte te laten voltooien. Het is niet veel anders dan wanneer je een werkstation deelt met een ander persoon. Bij het integreren van tools om operators te assisteren, moeten de apparaten efficiëntie verhogen en stress of spanning verminderen. Als je constant reikt of beweegt om je partner, of het nu een persoon of een robot is, zou het hele proces minder efficiënt zijn. Het is beter om de taak als geheel en de oplossing die je probeert te bereiken nauwkeurig te bekijken om de beste fit voor een collaboratieve robot te bepalen.

Flexibiliteit en Functionaliteit

Volgens sectie 5.10.3 van de RIA 15.06-2012 veiligheidsstandaarden, moet handguidingapparatuur een e-stop en enablende schakelaar hebben. Echter, in gevallen waar handguiding gebruikt wordt op een robot die voldoet aan de eisen van kracht- en krachtbeperkende collaboratieve operatie, zijn de e-stop en enablende schakelaar mogelijk niet nodig. Om deze redenen helpt het echt wanneer er meerdere handguidingopties zijn. FANUC biedt twee typen handguiding handvaten: een bevat de benodigde integrale veiligheid voor standaard robots en de andere is draadloos en werkt met de CR-serie van kracht- en krachtbeperkende robots. Wanneer een product veel functionele opties heeft, is het als een goed gevulde toolbox — je hebt misschien niet alle tools de hele tijd nodig maar ze beschikbaar hebben wanneer nodig kan gebruikers helpen snel om obstakels heen te navigeren.

Punt-gebaseerd Leren — Bij punt-gebaseerd leren beweegt de gebruiker de robot met het handguiding handvat naar een positie, druk dan op de leerknop om het punt vast te leggen. De gebruiker blijft de robot leiden naar de volgende positie en legt het punt vast. Het herhalen van dit proces kan snel een compleet beweegprogramma voor de gehele applicatie genereren. Punt-gebaseerd leren is een intuitief proces dat vooral makkelijk is voor diegenen die nog nooit een robot gebruikt of geprogrammeerd hebben.

Pad-gebaseerd Leren — Voor sommige processen is het vastleggen van de complete padbeweging van de robot vereist. Deze methode geldt voor applicaties zoals schuren of polijsten over een complex contouroppervlak wanneer het essentieel is om een glad pad te hebben dat een vorm volgt. Handguidingsoftware is ingesteld om posities tijdens de robotbeweging automatisch vast te leggen, wat dan de complete pad accurate terugspeelt. De operator drukt en houdt de leerknop ingedrukt en beweegt de robot langs het pad. Terwijl de robot beweegt, worden posities gegenereerd op vooraf ingestelde intervallen. Eenmaal de beweging voltooid en de knop losgelaten, wordt het pad in het programma gegenereerd. Als fijn-afstelling nodig is, kan elke positie individueel gewijzigd worden om het perfecte pad te bereiken.

Een ander kenmerk van het handguiding handvat is een knop om de tooling te controleren. Elke druk op de knop wisselt de toestand van de tool. Dit is vooral nuttig in robotische applicaties waar een operator een onderdeel van de ene locatie naar de andere moet verplaatsen. Programma's zijn beschikbaar om de grijper's functie in de pak- of valtlocaties te beperken om de operator te voorkomen het onderdeel per ongeluk buiten de vooringestelde zones los te laten.

Sommige applicaties kunnen langzamere, nauwkeurigere robotbeweging in kritieke gebieden vereisen. Een knop is opgenomen die de beweging van de robot onder handguiding controle automatisch naar een langzamere snelheid kan veranderen voor betere controle van de robotpositie. In andere situaties kan het het beste zijn om de robotbeweging te beperken tot alleen lineaire beweging, niet toelatend rotatie van de tool. Een knop is opgenomen om het bewegingsprofiel van rotationele articulatie naar alleen lineaire beweging te schakelen.

Op het grotere bedraade handguidingproduct is een additionele knop opgenomen om applicaties te programmeren die ultieme procescontrole en flexibiliteit vereisen zoals multi-stage operaties of wanneer lokale veiligheidsreguleringen tweehandsbediening van de robot vereisen. Vaak wordt deze additionele knop gebruikt om het einde van de handguidingporte van de applicatie aan te duiden en stelt de robot in staat om terug te keren naar individuele autonome modus zodra de benodigde veiligheidseisen vervuld zijn (bijv. de operator verlaat de collaboratieve ruimte).

Handguiding Applicaties

Nu we weten wat handguiding collaboratieve operatie is en alle functies die beschikbaar zijn met het product, hoe gebruiken bedrijven dit product? Zoals eerder gezegd, is het vaak het beste om handguiding applicaties te scheiden volgens taken.

Toepassingsvoorbeeld 1

Deze applicatie heeft een operator die een handmatig hulpapparaat gebruikt om onderdelen in een assemblage station te laden dat in de rest van de lijn voedt. De operator loopt het hulpapparaat naar het onderdeelrek en pikt het onderdeel, loopt dan het onderdeel naar het assemblage station en laadt het in de fixture. Eenmaal het onderdeel op zijn plaats is, beweegt de operator het hulpapparaat uit de weg zodat het niet interfereert met de rest van de operatie. In plaats van automatisch een handguiding robot toe te voegen als directe vervanging voor het hulpapparaat, laten we de functies van de applicatie apart bekijken.

Deel 1 is een autonoom robotoperatie die de robot vereist om een onderdeel uit een rek te pikken en naar de operator te brengen. Het opzetten van een lichtscherm tussen de robot en de operator zal de robot in staat stellen om veilig in automatische modus te draaien wanneer correct geconfigureerd per de risicobeoordeling. Dit stelt de robot in staat om de operator te ontlasten door het repetitieve en zware tillen deel van het proces te hanteren.

Deel 2 begint zodra de robot het onderdeel pikt en naar het lichtscherm brengt. Op dit moment reikt de operator door het lichtscherm, wat de robot in een veiligheids-geclassificeerde nul-snelheidscheck zet. Eenmaal de enablende schakelaar geactiveerd, is de robotbeweging onder controle van de operator die het dan in het assemblagegebied leidt waar het onderdeel in de fixture geladen wordt. Eenmaal het onderdeel vrijgegeven, leidt de operator de robot terug door het lichtscherm.

Wanneer de enable schakelaar losgelaten wordt, keert de robot terug naar de veiligheids-geclassificeerde nul-snelheidscheck totdat het lichtscherm gewist is. De robot kan dan autonoom modus hervatten en terugkeren naar het onderdeelrek voor het volgende onderdeel. De operator voert de assemblage operatie uit en stuurt het onderdeel de lijn af naar het volgende station. Door niet handmatig onderdelen uit het onderdeelrek hoeven te halen, is de operator's tijd vrijgemaakt om additionele waardevolle werk te verrichten.

De tijdsbesparing kan voldoende zijn om het aantal assemblage stations op de lijn te verminderen aangezien de operator additioneel werk kan verrichten binnen de taaktijd van het eerste station. Ook, aan het einde van de shift, zal de operator minder moe zijn door niet te hoeven lopen tussen het eerste station en onderdeelrek voor elke onderdeelcyclus.

Toepassingsvoorbeeld 2

Dit voorbeeld betreft een bestaand collaboratief letselinspectiestation. Dit Safety Rated Monitor Stop systeem heeft de robot een gelaste frame in een gedeelde werkruimte brengen. Eenmaal de robot gestopt, treedt de letselinspecteur de gedeelde ruimte in en inspecteert de letsel. Wanneer letsels aangepast moeten worden, kan het onderdeel niet op de ideale hoek zijn om te lassen. In plaats van een technicus te vereisen om naar de cel te gaan en de robot te joggen, wordt handguiding gebruikt. Het handguiding handvat is bevestigd aan de tooling in een handige locatie voor de letselinspecteur om te bereiken.

Handguiding inschakelen stelt het onderdeel in staat om gemakkelijk naar de juiste positie voor letselaanpassingen te worden bewogen. Dit stelt de inspecteur ook in staat om meerdere zijden van het onderdeel te bekijken door het handmatig met het handguiding handvat te bewegen. Deze applicatie incorporeert nu twee typen collaboratieve operatie en is een voorbeeld van hoe meerdere typen collaboratieve operatie samen geëngineerd kunnen worden om de ideale productieoplossing te bieden.

Toepassingsvoorbeeld 3

Een goede starter/DIY applicatie betreft het gebruik van handguiding om een visieproces te vereenvoudigen waar onderdeelstijlen of bakken handmatig gewijzigd worden. De systeemopzet vereist eerst dat de operator een bak met onderdelen op een tafel plaatst. De robot gebruikt visie om de bak en het eerste onderdeel te vinden, en begint dan het proces.

Naarmate onderdeelbakken veranderen, moet de robot's kijkpositie aangepast worden. Het gebruik van handguiding kan de operator ontlasten van het moeten zetten van de robot in leer-modus om 'vision find' wijzigingen op de teach pendant te maken. Eenmaal deze functie vooraf geprogrammeerd, kan de operator benodigde wijzigingen maken met het handguiding tool. De extra procesknop op het handguiding tool communiceert dat de operator de robot met de hand naar een nieuwe 'vision find' positie heeft bewogen. De robot gebruikt dan de nieuwe positie geleerd met handguiding tot de volgende onderdeelbakwijziging.

Voor nieuwe gebruikers of doe-het-zelfers, is deze methode extreem makkelijk te gebruiken vergeleken met het wijzigen van een robotprogramma en helpt waardevolle tijd besparen.

Toepassingsvoorbeeld 4

Veel high-mix/low-volume lassen winkels ervaren een tekort aan getrainde en gekwalificeerde lassers. Het toevoegen van handguiding aan een booglasrobot stelt een operator met basiskennis van lassen in staat om gemakkelijk programma's te leren om hun kleine batch onderdelen te lassen. De operator gebruikt handguiding om de lassbout te bewegen, zodat de draad in de juiste positie voor de letselverbinding is. De knoppen op de handguiding hardware bieden een eenvoudige gebruikersinterface die het makkelijk maakt om een compleet programma voor elk onderdeel te creëren. De operator kan dan de robot het onderdeel laten lassen terwijl ze naar het volgende letselstation gaan.

Robot handguiding neemt de noodzaak weg voor de lasser om vaardig te zijn in joggen en programmeren van de robot met de teach pendant. Door de lasser toe te staan om snel en gemakkelijk de robot te programmeren, kunnen ze productie draaiende houden op meerdere stations met een hoge onderdeelmix.

Naarmate meer kleine tot middelgrote fabricanten robots implementeren om een verscheidenheid aan applicaties en processen aan te pakken, zullen handguiding tools en technieken verder uitbreiden in functionaliteit en nog makkelijker te gebruiken worden.

Dit artikel is bijgedragen door FANUC America Corp., Rochester Hills, MI. Voor meer informatie, bezoek hier .