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            缺一不可!成功部署協作機器人的三大關鍵步驟

            發表時間::2022-10-26


            作者:Kelly Chalmers,  Applied Manufacturing  Technologies


             

            協作機器人為生產制造商帶來了潛力,但企業只有在培訓、評估和設計方面不斷做出努力,它們才能長期取得成功。


            協作機器人(通常被稱為 cobot),是旨在在工作空間中可以與人類進行物理交互的機器人設備。傳統的工業機器人在工作時需要使用安全防護裝置和其他設備來保護人類。


            協作機器人在傳統和非傳統領域都越來越受到歡迎,并可能帶來一系列獨特的挑戰。雖然使用協作機器人可能與傳統機器人非常相似,但實施的初始階段將決定系統的成功程度。協作機器人的成功應用需要考慮三個重要因素 :培訓、評估和設計。


             協作機器人的培訓 


            對任何新型技術來講,第一步都是培訓。這個設備是如何工作的?它的功能和局限性是什么?將如何影響我們對安全的理解?


            協作機器人在機器人領域的獨特地位,得益于內部與力傳感技術相關的設計。在檢測到超過閾值的外力時,機器人就會停止工作,防止人員受傷。在機器人運動期間,允許的速度和扭矩也受到限制,以消除與運行人員的不安全接觸。許多協作機器人都允許編程控制這些參數,以便根據系統需求來調整限制級別。這意味著實施這項技術的的人員,必須接受與自動化系統和協作機器人相關的、適當的安全需求培訓。


            對傳統機器人來講,很多安全策略都圍繞著機器人和人的分離上,比如限制人類進入機器人操作區域的圍欄等安全措施。在機器人和人共享的工作空間中通常會使用監視設備,如光幕和地板掃描儀。標準規定了在不同場景中,機器人和人之間的距離。


            重要的實施步驟之一是指定一個安全標準。它要求在人類和機器人協同工作的情況下,改變安全方式。指導準則不斷發展,關鍵是要了解最新行業標準和最佳實踐。這些規定包括針對一般機器人系統安全的 ANSI/ RIA R15.06-2012,以及更具體針對協作機器人技術的 RIA R15.806-2016。技術報告 RIA  TR15.806-2018 提供了關于設計協作工作空 間時可能需要的測試的額外指導。技術報告RIA TR15.806-2018 提供了設計協同工作區時可能需要的額外測試指南。


            協作機器人在機器人領域的獨特地位,得益于內部與力傳感技術相關的設計。本文圖片來源 :Applied Manufacturing Technologies


             系統安全性評估 


            對協作機器人最常見的誤解之一是使用這種類型的設備使系統對人類安全。在實際應用中,功率和力的限制功能只適用于機器人本身。它們并沒有考慮到任何其他潛在的危險,包括安裝在主要機器人身體上的其他部件,如臂端工具(EOAT)。


            實施協作技術的第二個關鍵因素是正確評估系統的安全性。安全風險評估,是對系統中潛在的危險進行基于任務的審查。根據嚴重性和發生頻率等特征,對危險進行評級,然后審查通過設計減輕風險的能力。該持續進行的過程,應該從系統預設計開始,并延續到構建。遵循這種類型的迭代程序將確保安全考慮在設計期間得到滿足,而不是事后才想到。


            這個階段的一個關鍵部分是考慮哪些任務將由自動化來完成。一般的經驗法則是讓人類做其最擅長的事情。這通常包括涉及關鍵決策、高度靈巧 / 感知、技術知識和非例行操作的任務。機器人最適合接管重復性和常規性的工作量。編程可以包括決策過程,但當決策輸出有限時,這是一個有效的權衡。有了協作機器人,這種任務分配決策就會擴大到考慮它對風險評估的影響。 


            評估階段將依賴于對協作設備和標準的了解。任務分配將受到機器人功能的影響。功率和力限制裝置通過限制有效載荷和速度來控制力。例如,一家機器人制造商生產的協作機器人裝置的最大有效載荷容量,從 4 千克到 35 千克不等。與工業機器人相比,這屬于輕量級,工業機器人的有效載荷可以超過 2000 千克。與傳統機器人模型相比,手臂速度受到明顯的限制,這可能會影響周期時間目標。每個協作機器人任務都需要根據這些參數進行可行性評估。


            評估階段將依賴于對協作設備和標準的了解。任務分 配將受到機器人功能的影響。


             協作機器人的設計 


            協作機器人實施的第三個關鍵環節是設計。從協作空間的角度來看,我們必須在設計概念中包括人的接觸分析。即使使用的是 cobot,也不僅僅是機器人的問題。所有的工具和設備都需要與風險評估評價結合起來考慮。任務必須審查潛在的擠壓和沖擊接觸危險,因為人類可能接近設備。


            在安全標準中,有一些規范明確了對于涉及人體不同部位的危險,什么樣的力量是可以接受的。例如,對腿部和眼睛的接觸的考慮是不同的。協作機器人編程和設置的靈活性使得有必要了解這些規范,以及如何測試這些規范,以確保對操作者的安全進行適當限制。仿真等工具可以幫助識別危險和設計解決方案。


            大多數協作機器人設備采用圓形輪廓,以增加接觸時的表面積并減小受力。


            大多數協作機器人設備都采用了圓形輪廓,以增加表面積并減少接觸時的力。在作為工作區組成部分的其它工具和設備上,也應采用類似的精心設計。這可能包括使用特殊的蓋子,以防止不必要地接觸,避免對附近工人造成危險。當需要維護時,可以拆下蓋子以便檢修。


            有時,由于工藝的原因,某些任務可能會造成無法解決的危險。例如,將零件固定到組件上所需的力可能超出規范限制。另一種選擇是在操作過程中,使用輔助設備限制人員進入到受控空間。這可能涉及到諸如光幕之類的組件,以監控是否有人進入到設備周邊區域。系統設計應在執行任務危險期間提供安全控制,并允許人與機器人之間的合作。 


            機器人正在為制造業和自動化公司帶來獨特的機會。然而,對如何使用協作技術缺乏了解往往會使這一過程更加困難。像對待標準機器人一樣對待 cobots 將限制它們所能帶來的價值。忽視協作工作空間所需的安全考慮,將在構建過程中造成不必要的挑戰。實現價值的關鍵是在設計工作空間時從一開始就考慮到協作技術。


            關鍵概念: 

            ■ 部署協作機器人之前,首先要明確機器人該做什么,能做什么。 

            ■ 了解協作機器人安全標準和一般機器人安全標準至關重要。


            思考一下: 

            如何將協作機器人應用到貴司的設施中?

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