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工业机器人很危险 人机协作该如何“抱”

日期: 2016-07-21
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导读: 随着技术的进化,制造业对工业机器人的要求也从“完成某项特定工序,简化人类操作”变成了“协同工作”,面对制造业自动化的新思维,工业机器人的风险评估也随之改变。

    在最近的50年,工业机器人在全球制造业应用越来越广泛。技术一直在进化,适应用户的需要。这么多年,人们一直在研究使用机器人的安全问题。当然,意外会发生,风险评估变得至关重要。与此同时,安全标准和安全部件一直在进步。所以,我们目前在什么样的阶段呢?

  当第一批机器人进入制造工厂时,行业研究了某些机器人和它们周围的设备可能对人类工人造成的危险。我们一直在从整体来看自动化。我们问自己这样的问题:

  这个机器人动起来有多快?

  这个机器人能跑多远?

  机器人的操作过程危险性如何?

  如何预防那些强力和快速的机器人撞到人类?

  这些问题让用户可以进行风险评估;识别安全特性,增加到机器人中,当机器人运行时保护人类工作者。常规的措施会包括将机器人锁在安全防护栏内,预防机器人和人类之间的接触。这个过程对于进行风险评估的人来说已经很普遍。这种思维很流行,几乎是自动的。我们今天给机器人进行风险评估时还是在用这些想法。貌似我们的思维方式就是这样设定的,这貌似也是最佳的实施方式。

工业机器人

  然后,机器人进化了,我们也该利用机器人技术的进步,适应变化。不管你是否愿意相信,协同机器人已经在市面上越来越普遍,我们必须改变我们的思维方式。我们过去在发现机器人的新应用方面非常具有创造性,现在我们进行风险评估的方式也可以更加创造性一点。我最近参加了一个关于协同机器人的会议,由合作伙伴Advanced Motion and Controls公司12月在蒙特利尔组织,这次会议改变了我对风险评估过程的想法。就像Universal Robots公司用户谈到他们在不同工厂进行的应用和风险评估,有两项引述让我印象深刻。

  1、 协同机器人的风险评估不是基于“量”,而是基于“流程顺序”。

  2、 对合作型流程的风险评估,不是固定死板的,而是随着时间进化的过程。

  让我阐述一下这两项,解释一它们为什么改变了我对风险评估的观点。

  要说合协同机器人的风险评估是基于顺序的,而不是量,意味着你改以不同的视角审视风险评估。你应该把各个方面拆开,一个个分析,而不是只顾大局,从整体上评估风险然后在每一个部分都执行。

  我们来考虑以下的例子。你有一个机器人,用来把部件装载到工作台上,让人类去组装。一旦组装完成,机器人拿起组装好的部件,把它放在传送带上。

  我们对付传统工业机器人的思维方式是这样的:

  我有个跑得很快的机器人,可能会打伤人类。如果这种事情发生了,人类员工可能会受重伤。我需要在所有时间、所有地方防止人类和机器人有所接触。所以我一下子就想到了笼子、栏杆或者安全光幕。

  机器人区域中,有两个组装区域需要人类和机器人都参与工作,但不一定是同时参与。这对于工业机器人来说是一个复杂部件。我可以用一个区域扫描,监控人类员工的位置,当人类进入某个特定区域时不让机器人进入。可能要掌控所有情况部件复杂,因为人类和机器人在一天中会有很多合作,所以在编程中,你需要考虑的不同情况非常多。

  另外,你还需要一些物理或安全分隔,放置在机器人与人类合作的区域,和机器人可以高速运作的区域之间。类似安全光幕,或者感应门。你还需要在两个组装区域间安装护栏,如果你希望机器人可以进入一个区域而工人在附近区域工作。因为你不希望操作员得走5-10步才到附近的组装区域,你希望他们可以非常靠近。

  另一个可能的解决办法是,让组织桌安装在一个转动装置上,可以把两个装置区域来回转动,一面在机器人区域,一面在人类工人的区域。如果我们选择这种方式,我们需要一个在转动过程中没有可能受伤的夹点的设计,我们需要考虑如果有东西卡住了该以什么事故顺序应对。因此可见,我们可以有很多不同的选项,损失时间决定哪一个选项最安全、最节省成本。

  协同机器人

  现在,有了协同机器人,设计用于与人类一起工作,基于顺序层面进行分析,而不是基于整个机器人,我们会以以下的方式操作:

  机器人在挑拣部件,放置到区域1。在这个顺序中,机器人可以在任何时候与人类工人合作。因此在这部分机器人速度应该放缓,协同机器人中限制力量的功能在这时候应该启用,防止机器人意外撞击到工人造成伤害。为了研究机器人运动的安全速度,我可以用ISO15066中的方程式,新版ISO15066技术参数最近在强调这个话题。因此确定这些值更加简单了。

  此时,你可能会说,当人类不在合作区域时,机器人应该运行得越快越好,减少循环时间。并不是这样的,来看看工人在机器人到来之前进行组装并把它拿起的循环时间。这会设定你机器人运动的循环时间。很可能你会有两个选项。

  第一选项是全程都以安全速度运行机器人,因此没必要增加更多的安全特性了。

  第二选项是你需要在过程的某些时间加快机器人的速度,来减少整体循环时间。这种情况下,最佳解决办法是增加一个区域扫描或者光幕,可以监测到“快速操作区域”内是否有工人。同样的,协同机器人相比于工业机器人,当有人进入机器人区域的时候没必要停止机器人。你只要将机器人设置到通过ISO15066技术参数计算出来的最大速度就行了。

  另一个基于顺序安全分析的例子是,当机器人需要在任务中运送一个尖锐的物件。传统的思维方式是,因为物件很尖,机器人很可能会严重伤害到工人。但是我们来更仔细地分析一下:

  机器人会在A点拿起尖锐物件,运送到B点。假设在其他步骤,机器人都没有拿着这个物件。那么问题就应该是:我如何在从A点到B点,沿某个固定方向或路径运送,让尖锐的边缘朝向运动的内侧,从而避免人被捅到或切到的危险。

  另外,降低运动速度是另一个可能的解决办法。你可以只考虑和分析有潜在危险的部分,而不是想办法在所有地方都预防伤害。当然,用密码锁定这些软件很重要,防止风险评估被变更。每当机器人软件更改,你都需要审视自己的风险评估,确认变更不影响安全。所以,这是一个不断变化的风险评估过程。

  显而易见,协同机器人最初在负责工作安全的人看来,可能是一个噩梦,尤其是如果他们认为机器人的风险评估是很复杂的。但是将风险评估分解到不同的顺序步骤,知道顺序不是死板的,让整个过程变得可以管理。这也让管理层和工人相信这些机器人的安全性。改变你的思维模式,记住评估过程随着情况变化可能会改变,这一定会让更多的人去尝试协同机器人。

  另外,不用忘了,对于力受限的协同机器人进行风险评估时,例如Universal Robots,如果机器人调试到合理的力量和速度,潜在伤害的严重程度可以降低。使用协同机器人应该可以帮助你让自动化任务实现理想的性能等级(PLR)。

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