Τα σύγχρονα συστήματα βιομηχανικών ρομπότ βασίζονται σε ολοένα και πιο σύνθετες υποδομές για την υποστήριξη συνεχώς εξελισσόμενων ικανοτήτων τεχνητής νοημοσύνης (AI) και μηχανικής μάθησης (ML), απρόσκοπτης συνδεσιμότητας,Αυτά τα συστήματα απαιτούν αισθητήρες, υλικό ασφαλείας, προστασία κυκλωμάτων και στοιχεία ελέγχου για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις υψηλού εύρους ζώνης,ανταπόκριση σε πραγματικό χρόνο, και αυστηρά πρότυπα λειτουργικής ασφάλειας.
Το άρθρο αυτό διερευνά τις θεμελιώδεις τεχνολογίες που υποστηρίζουν την τεχνολογία ρομπότ Βιομηχανίας 4.0, με έμφαση στους αισθητήρες SICK, τις λύσεις ασφάλειας,και πώς τα βιομηχανικά στοιχεία ελέγχου της Eaton βοηθούν στην επίτευξη ασφαλούς ελέγχου κίνησηςΤα συγκεκριμένα θέματα συζήτησης περιλαμβάνουν τους βασικούς παράγοντες που καθοδηγούν την ελαστική ευφυή αυτοματοποίηση, όπως η αρχιτεκτονική αντίληψης, η τεχνολογία της ελαστικότητας και η τεχνολογία της ελαστικότητας.συμμόρφωση ασφάλειας μηχανών, στρατηγικές ελέγχου αντοχής σε σφάλματα, και ενσωμάτωση των δικτύων κατανεμημένου εξοπλισμού αυτοματισμού.
Προηγμένο σύστημα ανίχνευσης για το δυναμικό περιβάλλον εργοστασίου
Όπως φαίνεται στο σχήμα 1, τα ρομπότ της Βιομηχανίας 4.0 έχουν επιτύχει ασφαλή και αποτελεσματική λειτουργία σε εργοστάσια εργοστασίων μέσω προηγμένων αισθητήρων.Παρόλο που λειτουργούν υπό σκληρές συνθήκες όπως συνεχώς μεταβαλλόμενο φως, την παρουσία σωματιδίων στον αέρα, και μηχανικές δονήσεις, αυτοί οι αισθητήρες πρέπει να είναι ακόμα σε θέση να επεξεργάζονται γρήγορα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο για να παρακολουθούν με ακρίβεια το προσωπικό, τα κινητά ρομπότ,και ταχέως κινούμενες γραμμές συναρμολόγησης.
Ρομποτικό βραχίονα του Igus
Σχήμα 1: Πολυάξιο ρομποτικό βραχίονα Βιομηχανίας 4.0 χρησιμοποιεί ενσωματωμένους αισθητήρες και ανατροφοδότηση σε πραγματικό χρόνο για την επίτευξη ακριβούς και γρήγορης λειτουργίας (πηγή εικόνας: Igus)
Η πλατφόρμα ρομπότ ενσωματώνει πολλαπλές λειτουργίες αισθητήρων για να εξασφαλίσει χωρική αντίληψη και ανταπόκριση σε επίπεδο χιλιοστών δευτερολέπτων.Ο αλγόριθμος σύντηξης αισθητήρων συγκεντρώνει αυτές τις πληροφορίες εισόδου μαζί για να δημιουργήσει ένα συνεκτικό μοντέλο σε πραγματικό χρόνο του περιβάλλοντος λειτουργίας του ρομπότ.Το οπτικό σύστημα διαχειρίζεται την ανίχνευση αντικειμένων και την τοποθέτηση, ενώ ο λέιζερ σαρωτής επιπέδου ασφαλείας παρακολουθεί τις μη εξουσιοδοτημένες προσεγγίσεις εντός της περιοχής περιορισμού.Οι αισθητήρες χαμηλής καθυστέρησης (Time of Flight (ToF)) συλλέγουν τρισδιάστατα χωρικά δεδομένα., που επιτρέπει την προσαρμογή πορείας σε πραγματικό χρόνο και τη συμπεριφορά ευαισθητοποίηση του περιβάλλοντος.
Τα ρομπότ βασίζονται επίσης σε εσωτερικούς αισθητήρες και αισθητήρες επαφής για τη βελτίωση του ελέγχου της κίνησης και της αλληλεπίδρασης.μπορεί να παρέχει ανατροφοδότηση για την άρσηΟι επαγωγικοί, χωρητικοί και υπερηχητικοί αισθητήρες εγγύτητας μπορούν να ανιχνεύσουν κοντινά αντικείμενα χωρίς επαφή και η απόσταση ανίχνευσης τους είναι συνήθως μικρότερη από τα συστήματα ToF.Οι κωδικοποιητές και τα δυνατομέτρα παρακολουθούν τη θέση και την ταχύτητα των αρθρώσεων για ακριβές σχεδιασμό κίνησης, ενώ οι μονάδες μέτρησης αδράνειας (IMU) μετρούν την επιτάχυνση και την γωνιακή ταχύτητα για τη διατήρηση της κατεύθυνσης και της ισορροπίας.Ηλεκτρικοί αισθητήρες παρακολουθούν το ρεύμα και την τάση για την αξιολόγηση του φορτίου του κινητήρα και τον εντοπισμό σφαλμάτων.
Ασφάλεια βιομηχανικών ρομπότ με βάση πρότυπα
Τα ρομπότ της Βιομηχανίας 4.0 πρέπει να συμμορφώνονται με αυστηρά διεθνή πρότυπα ασφάλειας για την προστασία του προσωπικού και του εξοπλισμού.να προσδιορίζει τις απαιτήσεις λειτουργικής και ασφάλειας του συστήματος ελέγχου για τα συστήματα ρομπότ εργοστασίου.
Το ISO 13849 περιγράφει τα πρότυπα σχεδιασμού και επικύρωσης για τα στοιχεία ελέγχου που σχετίζονται με την ασφάλεια.Το παρόν πρότυπο υιοθετεί προσέγγιση βασισμένη στον κίνδυνο και χρησιμοποιεί επίπεδα απόδοσης (PL) για την ταξινόμηση της ακεραιότητας του συστήματος με βάση τη σοβαρότητα των κινδύνων.Η IEC 62061 ποσοτικοποιεί την απαιτούμενη μείωση του κινδύνου για τη λειτουργική ασφάλεια των ηλεκτρικών, ηλεκτρονικών,και προγραμματιζόμενα συστήματα ελέγχου που χρησιμοποιούν το επίπεδο ακεραιότητας ασφάλειας (SIL)Τα πρότυπα αυτά καθορίζουν συλλογικά τις απαιτήσεις σχεδιασμού, εφαρμογής και επικύρωσης για τις λειτουργίες αντίληψης και ελέγχου σε κρίσιμες εφαρμογές ασφάλειας.
Το πρότυπο ISO 10218 εφαρμόζει αυτές τις αρχές ειδικά στα βιομηχανικά ρομπότ, καλύπτοντας τις απαιτήσεις ασφάλειας για τον σχεδιασμό του ρομπότ, τη διάταξη της μονάδας εργασίας, την ολοκλήρωση του συστήματος και τη λειτουργία.Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση αισθητήρων ασφαλείας για την εκτέλεση εργασιών όπως η διακοπή έκτακτης ανάγκηςΤα στοιχεία αυτά πρέπει να πληρούν καθορισμένα όρια απόδοσης και αξιοπιστίας και συνήθως αποδεικνύονται μέσω δομημένων δοκιμών και επικύρωσης.
Τα πρότυπα ISO 13849, IEC 62061 και ISO 10218 αποτελούν τον πυρήνα των προτύπων ασφάλειας των ρομπότ.συμπεριλαμβανομένου του προτύπου IEC 60204-1 για την ηλεκτρική ασφάλεια και του προτύπου ISO/TS 15066 για τη συνεργασία ανθρώπου-μηχανής, έχουν επεκτείνει το βασικό πλαίσιο για την ανάπτυξη και την ολοκλήρωση της ασφάλειας.
Ενσωματωμένο σύστημα ασφαλείας για τη συνεργασία ανθρώπου-μηχανής
Ο χειριστής εργοστασίου υιοθετεί λύσεις ασφαλείας από προμηθευτές όπως η SICK και η Eaton για να ανταποκρίνεται στα πρότυπα όσον αφορά τη λειτουργικότητα και την ασφάλεια των μηχανών.Το σύστημα Safe EFI Pro της SICK χρησιμοποιεί ενσωματωμένους αισθητήρες, ελεγκτές και ενεργοποιητές για την υποστήριξη του ελέγχου σε πραγματικό χρόνο των λειτουργιών ασφάλειας τόσο για σταθερά όσο και για κινητά ρομπότ.το σαρωτή λέιζερ ασφάλειας microScan, μπορεί να εκτελέσει προσαρμοστική ανίχνευση κίνησης και ανίχνευση κίνησης ανάλογα με την κατάσταση σε δυναμικά περιβάλλοντα.
Σκανέρ λέιζερ ασφάλειας SICK microScan3
Σχήμα 2: Ο σαρωτής λέιζερ ασφάλειας microScan3 της SICK μπορεί να παρακολουθεί προστατευόμενες περιοχές και να ανιχνεύει δυναμικά την κίνηση, παρέχοντας υποστήριξη για προσαρμοστική προστασία σε βιομηχανικά περιβάλλοντα.
Οι χειριστές μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν το σύστημα προστασίας άκρου του χεριού (EOAS) της SICK για να διατηρήσουν μια δυναμική ζώνη προστασίας γύρω από την κεφαλή του εργαλείου ρομπότ.Το EOAS χρησιμοποιεί την τεχνολογία ToF για την επίτευξη ασφαλούς συνεργασίας ανθρώπου-μηχανής χωρίς επαφή με χρόνο απόκρισης μικρότερο από 110 χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Ως συμπλήρωμα αυτών των αυτοματοποιημένων συστημάτων, η SICK παρέχει επίσης χειροκίνητα και περιφερειακά στοιχεία ασφαλείας.Ο χειριστής μπορεί να κλείσει γρήγορα το μηχάνημα ενεργοποιώντας τον διακόπτη έκτακτης ανάγκης ES21 σε περίπτωση έκτακτης ανάγκηςΟ διακόπτης ασφαλείας χωρίς επαφή STR1 υιοθετεί τεχνολογία RFID για την επίτευξη προστατευτικής παρακολούθησης, υποστηρίζει προηγμένη κωδικοποίηση και συμμορφώνεται με το πρότυπο EN ISO 14119.