Mens-robot-samenwerking: de vijf grootste uitdagingen

Moderne collaboratieve robots maken efficiënte automatisering mogelijk van productieprocessen die tot voor kort ondenkbaar waren. Dankzij de nauwe samenwerking tussen robots en mensen kunnen zelfs flexibele en complexe deelstappen worden gerealiseerd met een hoge productiviteit. Dit vereist echter dynamische veiligheidsoplossingen en -concepten om de uitdagingen van het beveiligen van de interactie tussen mens en robot te overwinnen. Vooral bij directe mens-robot-samenwerking (MRS), wanneer beiden tegelijkertijd actief zijn in dezelfde werkruimte, heeft veiligheid de hoogste prioriteit. SICK's uitgebreide sensorportfolio biedt innovatieve en intelligente oplossingen met sensortechnologieën voor Robot Vision, Safe Robotics, End-of-Arm Tooling en Position Feedback. We hebben de vijf grootste uitdagingen in MRS geïdentificeerd en presenteren een baanbrekende nieuwe safety-oplossing.

Veel industriële sectoren worden in toenemende mate geconfronteerd met een dilemma: aan de ene kant is er een tekort aan geschoolde arbeidskrachten, terwijl aan de andere kant de productiecapaciteit moet worden uitgebreid en de productiekwaliteit moet worden gewaarborgd. Volledige automatisering met een volledige procesomschakeling is echter niet altijd verstandig of economisch. In veel gevallen is de oplossing om deelprocessen geleidelijk te automatiseren. Hierbij worden werkplekken voor handmatig werk gedeeltelijk geautomatiseerd met collaboratieve robots of omgebouwd tot hybride werkplekken. Vanwege de vele voordelen van gedeeltelijke automatisering blijft de ontwikkeling van de mens-robot-samenwerking toenemen. Immers, wanneer mensen en robots steeds nauwer samenwerken, veranderen ook de veiligheidseisen.

Stand van de techniek in de mens-robot-samenwerking

Cobots hebben een revolutie teweeggebracht op de robotica-markt: de eenvoud van integratie en programmering maakt het nu over het algemeen eenvoudig om robottoepassingen te implementeren. Tegelijkertijd zijn cobots veilig: met geïntegreerde veiligheidsfuncties, zoals veilige kracht- en snelheidsbewaking, en een collaboratief ontwerp van de robotarm zonder scherpe hoeken en randen, zijn ze ideaal voor nauwe samenwerking met mensen. Het gereedschap- of werkstukgebied, dat in veel gevallen niet automatisch wordt beschermd door de inherente cobot-veiligheidsmaatregelen, zorgt echter voor problemen. Dit is een van de redenen waarom echte, veilige, efficiënte en productieve samenwerking tussen mens en robot nog niet de verwachte doorbraak heeft bereikt. Om MRS-toepassingen veilig te kunnen gebruiken, mogen namelijk bepaalde drukgrenswaarden niet worden overschreden op potentiële knelpunten. Als de contactoppervlakken klein zijn, bijvoorbeeld bij gereedschaps- of werkstukranden, kan alleen aan deze grenswaarden worden voldaan - als dat al mogelijk is - door de robotsnelheid drastisch te beperken. Bovendien kunnen dure samenwerkingstools nodig zijn. MRS-toepassingen zijn daarom heel vaak niet voldoende efficiënt en veilig om te implementeren, noch productief om te gebruiken. Veel exploitanten gaan deze beperkingen uit de weg, zien af van de MRS-claim en beveiligen de toepassing op de klassieke manier, bijvoorbeeld door middel van hekwerken of veiligheidslaserscanners. Er is ook de kwestie van acceptatie door het bedienend personeel, d.w.z. degenen die dagelijks nauw samenwerken met de robot. Alle veiligheidsmaatregelen die vandaag de dag beschikbaar zijn, treden pas in werking als er al contact is geweest of als het tot beknellingen is gekomen. Het is duidelijk dat mensen zich ongemakkelijk voelen en de veiligheidstoepassing niet volledig vertrouwen.

Industries are increasingly using collaborative robots to automate efficiently and safely despite labor shortages.

Vijf uitdagingen voor de mens-robot-samenwerking

Voor automatiseerders, installatiebouwers en -exploitanten is er geen alternatief voor door robots ondersteunde automatisering van afzonderlijke werkstappen om concurrerend te blijven. We hebben de hierbij opduikende vijf grootste uitdagingen onder de loep genomen:

1. Een robotapplicatie moet eenvoudig, snel en voordelig tot stand te brengen zijn.

Als het gaat om het relatief snel aanpassen van een robot aan een bestaande handmatige werkplek, kunnen we niet om cobots heen: ze zijn snel geïnstalleerd, na een korte inwerkperiode gemakkelijk te hanteren en ook relatief goedkoop in aanschaf. Bovendien biedt een cobot met zijn geïntegreerde veiligheidsfuncties en inherent veilige ontwerp de basisvoorwaarden voor collaboratieve samenwerking tussen mens en robot.Als het gaat om het relatief snel aanpassen van een robot aan een bestaande handmatige werkplek, kunnen we niet om cobots heen: ze zijn snel geïnstalleerd, na een korte inwerkperiode gemakkelijk te hanteren en ook relatief goedkoop in aanschaf. Bovendien biedt een cobot met zijn geïntegreerde veiligheidsfuncties en inherent veilige ontwerp de basisvoorwaarden voor collaboratieve samenwerking tussen mens en robot.

2. De collaboratieve toepassing moet vrij toegankelijk zijn zonder omheining.

Het bedienend personeel moet vaak in staat zijn om afzonderlijke werkstappen of de werkresultaten te controleren of, indien nodig, in te grijpen om deze te corrigeren zonder dat de robot in zijn werkproces wordt onderbroken door conventionele veiligheidssystemen voor het herkennen van personen. Daarom opent alleen onbeperkte samenwerking tussen mens en robot nieuwe mogelijkheden voor efficiënte productieprocessen.

Industries face five challenges in human-robot collaboration, including simple and cost-effective robot applications.

3. Hoe bereikt de MRS-toepassing de vereiste productiviteit en efficiëntie enerzijds en de noodzakelijke risicovermindering anderzijds?

Om een productieve beveiliging van de collaboratieve toepassing te garanderen, zijn veiligheidsmaatregelen voor personenbescherming nodig die zich richten op de gevarenzone van het gereedschap en minimale veiligheidsvelden toestaan:

a. Risicobeoordeling en safety-engineering

Productiviteit begint al bij engineering: om het safety-concept efficiënt te ontwikkelen en te implementeren, moeten de risico's die met de interactie tussen mensen en robots gepaard gaan met betrekking tot toepassing geïdentificeerd, beoordeeld en op maat gereduceerd worden.

b. Veiligheid vs. beschikbaarheid

Ononderbroken, productieve werking van de robot om enerzijds de veiligheid te garanderen in een collaboratieve toepassingsaanpak en anderzijds een productiviteitsniveau te bereiken dat een economische werking mogelijk maakt.

c. Kosten van de veiligheidsoplossing

De kosten van de veiligheidsoplossing moeten in een redelijke verhouding staan tot de kosten van de totale applicatie.

4. Hoe creëert MRS de gewenste ergonomie op de werkplek en de acceptatie van collaboratieve mensen?

De huidige beschermingsmaatregelen voor collaboratieve toepassingen zijn gebaseerd op contactgebaseerde technologieën. Een hand of een ander deel van het menselijk lichaam kan worden aangeraakt of bekneld raken, waarbij de optredende krachten worden bewaakt en een stop wordt geactiveerd als de grenswaarden worden overschreden. Dit kan leiden tot mogelijke acceptatieproblemen voor het bedienend personeel. De veiligheidsmaatregelen moeten daarom contactloos worden gerealiseerd.

5. Wanneer is de MRS economisch?

Om de robottoepassing economisch te kunnen exploiteren, moet deze efficiënt en productief zijn tijdens het gebruik - in lijn met de noodzakelijke risicobeperkende maatregelen. Economische efficiëntie begint al vóór het gebruik: met de selectie van geschikte en efficiënte veiligheidsmaatregelen die enerzijds de veiligheid van personen garanderen en anderzijds qua aanschafkosten en validatie- en inbedrijfstellingskosten binnen het projectbudget passen.

Industries are increasingly using robots to work continuously and productively while ensuring safety and cost-effectiveness.

Soepele MRS-processen met End-of-Arm-Safeguard (EOAS)

SICK heeft zich intensief beziggehouden met deze uitdagingen en biedt een optimale oplossing met de End-of-Arm-Safeguard (EOAS). De wereldinnovatie EOAS, ontwikkeld in samenwerking met Universal Robots (UR), bewaart het evenwicht tussen productiviteit en veiligheid voor collaboratieve toepassingen. EOAS wordt rechtstreeks op de robotflens geïnstalleerd, creëert een kegelvormig beschermingsveld rond het gereedschap en het werkstuk en beveiligt dit gebied dus effectief. De robot draagt de sensor en het beschermingsveld permanent bij zich, zodat het contactloze veiligheidssysteem alleen in werking treedt waar er een daadwerkelijk risico bestaat op beknelling door het gereedschap en het werkstuk.

Industries are increasingly using robots with End-of-Arm-Safeguard (EOAS) to balance productivity and safety in collaborative applications.

Bij een schending van het veiligheidsveld van de EOAS , stopt de robot de beweging onmiddellijk, afhankelijk van de situatie. Zodra het veiligheidsveld weer vrij is, kan de robot zijn beweging automatisch voortzetten. In vergelijking met toepassingen voor samenwerking tussen mens en robot, die worden beveiligd op basis van de kracht- en drukbegrenzingsfunctie van de robot, haalt de robot met EOAS over het algemeen hogere snelheden, omdat met EOAS deze functies anders kunnen worden ontworpen in het gebied met machinerie en gereedschappen.

Contactloze veiligheidsmaatregel – efficiënt en economisch

End-of-Arm-Safeguard maakt de contactloze beveiliging mogelijk bij toepassingen voor samenwerking tussen mens en robot in het gebied met machinerie en gereedschappen. Het kleine veiligheidsveld maakt nieuwe, hekloze en dus open MRS-toepassingen mogelijk: mensen kunnen tegelijkertijd met de cobot in dezelfde werkruimte werken. De veiligheid is gegarandeerd, de robot wordt zelfs gestopt voordat er zich in het gereedschaps-/werkstukgebied knelsituaties voordoen. Speciale collaboratieve grijpers, ontwerpwijzigingen in de gereedschapsomgeving (hoeken/randen afronden, veiligheidsafdekkingen aanbrengen enz.) of extreme kruipsnelheden van de cobot zijn meestal niet meer nodig. De validatie van veiligheidsmaatregelen, die verplicht is voor MRS-toepassingen, wordt ook aanzienlijk vereenvoudigd, omdat de gevaarlijke plaatsen die met EOAS worden beveiligd, niet meer omslachtig hoeven te worden gevalideerd door middel van kracht- en drukmetingen. Dit kan aanzienlijke kostenbesparingen opleveren. Het relatief kleine veiligheidsveld heeft ook het voordeel dat het geen productieve gebieden inneemt en ondersteunt zo het economische gebruik van de werkplaats.

To enhance efficiency and acceptance in human-robot collaboration, industries are increasingly using robots with End-of-Arm-Safeguard (EOAS) for contactless measures.

EOAS creëert acceptatie en vertrouwen

EOAS creëert een lokaal veiligheidsveld rond het werkstuk en de grijper. In tegenstelling tot eerdere veiligheidsmaatregelen die louter gebaseerd waren op kracht- en vermogensbegrenzing, voorkomt dit beknellingen. Mensen kunnen zich dus vrij bewegen in de directe omgeving van de actieve robot en er nauw mee samenwerken. EOAS vergroot dus de acceptatie van de mens-robot-samenwerking, schept vertrouwen en verbetert de werkomstandigheden.

Intuïtieve configuratie en installatie alsook snelle engineering

Met EOAS is een nieuwe safety-oplossing beschikbaar die een gerichte risicovermindering mogelijk maakt in MRS-toepassingen - zonder het doel voorbij te schieten. End-of-Arm-Safeguard wordt direct op de robotflens geïnstalleerd, is volledig ingebed in het robotveiligheidssysteem van Universal Robots via de speciale EOAS-Safety-URCap en kan intuïtief en snel worden geconfigureerd via de UR-Teach-Pendant. Een echt plug-and-play-systeem. Het EOAS-systeem is momenteel ontworpen voor robots van Universal Robots en zal in de toekomst ook beschikbaar zijn voor andere systemen. EOAS heeft de potentie om een echte gamechanger te zijn in de cobot-omgeving. Met zijn vele voordelen stelt het de industrie eindelijk in staat om veiligere MRS-toepassingen te realiseren, niet alleen in nichetoepassingen, maar over het hele spectrum.

Veiligheidssystemen