Współczesne systemy robotów przemysłowych opierają się na coraz bardziej złożonej infrastrukturze w celu wspierania stale rozwijających się możliwości sztucznej inteligencji (AI) i uczenia maszynowego (ML), bezproblemowej łączności,Systemy te wymagają czujników, sprzętu zabezpieczającego, ochrony obwodu i komponentów sterujących, aby spełnić wymagania wysokiej przepustowości,odpowiedź w czasie rzeczywistym, oraz rygorystyczne normy bezpieczeństwa funkcjonalnego.
W tym artykule omówiono podstawowe technologie wspierające technologię robotów Przemysłu 4.0, ze szczególnym uwzględnieniem czujników SICK, rozwiązań bezpieczeństwa,i jak komponenty kontrolne przemysłowe Eaton pomagają osiągnąć bezpieczne sterowanie ruchemSzczegółowe tematy dyskusji obejmują kluczowe czynniki napędowe elastycznej inteligentnej automatyki, takie jak architektura percepcji,zgodność z bezpieczeństwem maszyny, strategii kontroli odpornej na usterki i integracji rozproszonych sieci automatyki krawędzi.
Zaawansowany system wykrywania dla dynamicznego środowiska fabrycznego
Jak pokazano na rysunku 1, roboty Przemysłu 4.0 dzięki zaawansowanym czujnikom osiągnęły bezpieczną i wydajną pracę w warsztatach fabrycznych.Chociaż działają w trudnych warunkach, takich jak stale zmieniające się światła, obecności cząstek w powietrzu i drgań mechanicznych, czujniki te muszą być nadal w stanie szybko przetwarzać dane w czasie rzeczywistym, aby dokładnie śledzić personel, mobilnych robotów,i szybko poruszających się linii montażowych.
Ramię robotowe Igus Multi Axis Industry 4.0
Rysunek 1: Ramię robotyczne Industry 4.0 z wieloma osiami wykorzystuje zintegrowane czujniki i informacje zwrotne w czasie rzeczywistym w celu osiągnięcia precyzyjnej i szybkiej pracy.
Platforma robota integruje wiele trybów czujników w celu zapewnienia percepcji przestrzennej i odpowiedzi na poziomie milisekund.Algorytm fuzji czujników łączy te informacje wejściowe, aby wygenerować spójny w czasie rzeczywistym model środowiska operacyjnego robotaSystem wizualny zarządza wykrywaniem obiektów i pozycjonowaniem, podczas gdy skaner laserowy monitoruje nieautoryzowane podejścia w obszarze ograniczonym.Czujniki Time of Flight (ToF) o niskim opóźnieniu rejestrują trójwymiarowe dane przestrzenne, umożliwiające dostosowanie ścieżki w czasie rzeczywistym i zachowanie świadome kontekstu.
Roboty korzystają również z wewnętrznych czujników i czujników kontaktowych w celu poprawy kontroli ruchu i interakcji.może dostarczyć informacji zwrotnych do uchwyceniaIndukcyjne, pojemnościowe i ultradźwiękowe czujniki bliskości mogą wykrywać bliskie obiekty bez kontaktu, a ich odległość wykrywania jest zwykle krótsza niż w systemach ToF.Kodery i potencjometry śledzą pozycję i prędkość stawów w celu precyzyjnego planowania ruchu, natomiast jednostki pomiarowe bezwładnościowe (IMU) mierzą przyspieszenie i prędkość kątową w celu utrzymania kierunku i równowagi.czujniki elektryczne monitorują prąd i napięcie w celu oceny obciążenia silnika i wykrywania usterek.
Bezpieczeństwo robotów przemysłowych oparte na standardach
Roboty Przemysłu 4.0 muszą spełniać rygorystyczne międzynarodowe normy bezpieczeństwa w celu ochrony bezpieczeństwa personelu i sprzętu.określa wymagania dotyczące bezpieczeństwa funkcjonalnego i układu sterowania dla systemów robotów warsztatowych w zakładach produkcyjnych.
ISO 13849 określa standardy projektowania i walidacji komponentów sterowania związanych z bezpieczeństwem.Niniejsza norma stosuje podejście oparte na ryzyku i wykorzystuje poziomy wydajności (PL) do klasyfikacji integralności systemu w oparciu o nasilenie zagrożeń.IEC 62061 określa ilościowo wymagane zmniejszenie ryzyka dla bezpieczeństwa funkcjonalnego urządzeń elektrycznych, elektronicznych,i programowalnych systemów sterowania przy użyciu poziomu integralności bezpieczeństwa (SIL)Niniejsze normy określają łącznie wymagania dotyczące projektowania, wdrażania i walidacji funkcji percepcji i kontroli w aplikacjach o kluczowym znaczeniu dla bezpieczeństwa.
Norma ISO 10218 stosuje te zasady szczególnie do robotów przemysłowych, obejmując wymagania bezpieczeństwa dotyczące projektowania robota, układu jednostki roboczej, integracji systemów i działania.Obejmuje to wykorzystanie czujników bezpieczeństwa do wykonywania zadań, takich jak awaryjne zatrzymanieKomponenty te muszą spełniać określone progi wydajności i niezawodności i są zwykle wykazane poprzez zorganizowane badania i walidację.
Standardy ISO 13849, IEC 62061 i ISO 10218 stanowią rdzeń norm bezpieczeństwa robotów.w tym standard IEC 60204-1 Bezpieczeństwa Elektrycznego i standard ISO/TS 15066 Współpraca człowieka z maszyną, rozszerzyły podstawowe ramy wdrażania i integracji bezpieczeństwa.
Zintegrowany system bezpieczeństwa dla współpracy między człowiekiem a maszyną
Operator fabryki przyjmuje rozwiązania bezpieczeństwa od dostawców takich jak SICK i Eaton w celu spełnienia norm w zakresie funkcjonalności i bezpieczeństwa maszyn.System Safe EFI Pro firmy SICK wykorzystuje zintegrowane czujniki, sterowników i siłowników w celu wspierania kontroli w czasie rzeczywistym funkcji bezpieczeństwa zarówno dla robotów stacjonarnych, jak i mobilnych.skaner laserowy bezpieczeństwa microScan, może wykonywać wykrywanie ruchu adaptacyjnego i zależnego od sytuacji w środowiskach dynamicznych.
SICK microScan3 skaner laserowy bezpieczeństwa
Rysunek 2: Skaner laserowy bezpieczeństwa microScan3 firmy SICK może monitorować obszary chronione i dynamicznie wykrywać ruch, zapewniając wsparcie dla adaptacyjnej ochrony w środowiskach przemysłowych (źródło zdjęcia: SICK).
Operatorzy mogą również korzystać z systemu ochrony końca ramienia (EOAS) firmy SICK w celu utrzymania dynamicznej strefy ochrony wokół głowicy narzędzia robota.EOAS wykorzystuje technologię ToF do zapewnienia bezpiecznej współpracy między człowiekiem a maszyną bez kontaktu z czasem reakcji mniejszym niż 110 milisekund.
W uzupełnieniu do tych zautomatyzowanych systemów SICK dostarcza również elementy zabezpieczeń ręcznych i peryferyjnych.Operator może szybko wyłączyć maszynę poprzez uruchomienie w razie awarii włącznika awaryjnego ES21. Bezkontaktowy przełącznik bezpieczeństwa STR1 wykorzystuje technologię RFID w celu zapewnienia ochrony przed naruszeniami i monitorowania, obsługuje zaawansowane kodowanie i jest zgodny ze standardem EN ISO 14119.