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Cobots Claus 与 Clara:运用 SICK 安全解决方案的协作型机器人技术

2018-4-6

大陆集团是全球领先的汽车零部件供应商之一。车辆和衍生品的型号与款型日益多样化和汽车行业产品生命周期的不断缩短,对零部件供应商的动态应对能力提出极高的要求。在传统的刚性生产线上,个别工位的变化和故障将极大影响整条生产线的产量。故障越严重,越难以弥补。

 

 

在巴本豪森工厂,每 15 秒就有一件用于汽车驾驶舱的高科技组件下线,全天不断。这种情况下,没有多少余地来弥补停机时间。因此,大陆集团现在用柔性的冗余协作检测生产线代替刚性的检测与装配生产线:协作型机器人 Claus 和 Clara 按需为自动检测装置上料。必要时,员工可以协助。由 S300 安全激光扫描仪TR4 安全开关可通过软件编程的 Flexi Soft 安全控制器组成的 SICK 安全解决方案为这种协作提供了安全保障。

 

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在采用全新结构的检测生产线上,有三个通过机器人 (协作型机器人) 上料的检测台。协作型机器人从传送带上取件,将其放入自动检测装置,再带走经过检测的设备并将其放到下一条传送带上。

 

安全造就高效的人机协作

“Claus(智能自动化通用机器人系统)和 Clara(智能自动化机器人应用)属于半移动式轻型机器人,既能固定工作,又可移动使用”,大陆汽车有限公司工业工程机器人技术部的 Heiko Liebisch 针对协作型机器人及其优点描述道。“该方案使我们可以抬下机器人并在另一轮班中将其移动到其他位置。由此实现在两台设备旁使用同一机器人工作。早班时在一台设备旁,晚班或夜班时在另一台设备旁。”

借助机械分度装置,协作型机器人可随时相对于检测台重新定位,在此带有唯一代码传感器的 TR4 Direct 射频式安全开关验证 Claus 或 Clara 上的 TR4 Direct 唯一代码激励元件。

“整个系统中与安全相关的一切均由可通过软件编程的 Flexi Soft 安全控制器控制。也就是说,Flexi Soft 将检查已编码的安全开关是否就位。如果没有,则什么也不会发生。安全控制器将发出一条错误消息。如果开关被验证,安全激光扫描仪 (S300 Advanced) 将加载根据工位存储的区域组并许可协作型机器人加载其程序和启动”,Heiko Liebisch 如是描述初始化过程。“我们可以在前部拧上多个经过编码的开关。这样就能使协作型机器人适应多个工位。”

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新生产线允许将剔出的检测件重新送回正在运行的设备。为此操作人员在运行期间走向检测设备或协作型机器人,将检测件放到相应位置然后离开,协作型机器人就会知道有零件还要检测并继续正常工作。

沿对角线安装的安全激光扫描仪提供全方位监控,通过正面的信号灯显示保护区域或保护区域被侵入。为了让操作人员用余光就能有所察觉,协作型机器人手臂下的整个部分都亮起相应的信号灯颜色。在协作模式下,Claus 呈现黄色并减速。在红色模式下,其完全保持静止。当操作人员离开红色保护区域后,系统以及 Claus 重新自动运行。操作人员无需确认。

 

始终从风险评估开始——对于协作型机器人同样如此

虽然 Claus 和 Clara 的移动速度相对较慢,但一般而言,机械臂在靠近操作人员时可能危及生命。  “你必须始终评估整体方案;所以我们在前部使用激光烧结的夹具——没有锋利的棱边,都经过磨圆处理。”

人机协作各不相同——因此,即便所使用的机器人专为与人互动而开发,也需要单独评估人机协作应用的风险——此类 Cobot 从基本设计上便呈现诸多固有安全的结构特点。同时,协作区还须满足基本要求,例如与邻近的、存在挤伤或夹伤危险的可进入区域保持最小距离。IEC 61508、IEC 62061 和 ISO 13849-1/-2 等通用标准构成人机协作应用功能安全的规范性依据。此外,还应考虑到涉及工业机器人安全的 ISO 10218-1/-2 和有关协作型机器人的 ISO TS 15066。

由 Heiko Liebisch 领导的团队在有关协作型机器人技术的设计、准则、法律要求和标准等方面得到 SICK 的建议和培训。“我们对这套系统及其运行方式非常满意”,Heiko Liebisch 如是评价。“实践表明,该整体解决方案还有优化空间,我们将与合作伙伴 SICK 进行进一步开发。”

 

自 2017 年初获得成功的试产线

Heiko Liebisch 和他的同事 Dejan Pfaff 计划了大陆汽车有限公司在巴本豪森的新 4.0 检测生产线并设计了协作型机器人。他们是 Claus 和 Clara 的父亲,Claus 和 Clara 不久还将迎来它们的兄弟姐妹 Cora 与 Kurt。这次成功转变在大陆集团开创先例。其他协作型机器人的使用已纳入规划。Claus 和 Clara 由大陆汽车有限公司的学徒制造而成。机械工制造底架,机电工负责其余部分。对学徒来说,这是很棒的事情。如果日后他们在这样的生产线上工作,就可以自豪地说:这是我造的。

 

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SICK 传感器博客
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Josef Zimmermann
Josef Zimmermann

Josef Zimmermann 

机器人技术行业经理

自 2010 年以来,作为技术行业经理,Josef Zimmermann 始终密切关注机器人技术这一课题。他于 2000 年加入 SICK,担任激光测量技术和网络技术领域的应用工程师。通过自动导航车以及工业与服务机器人相关项目,他早就与如今的工作领域有所交集。

 

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