Roboty współpracujące Claus i Clara: współpraca między człowiekiem i robotem w oparciu o SICK Safety

2018-04-06

Firma Continental należy do czołowych dostawców branży motoryzacyjnej na świecie. Rosnąca różnorodność modeli i wariantów pojazdów oraz ich odmian i krótsze cykle życia produktów w branży motoryzacyjnej zwiększają również dynamikę działalności dostawców. W przypadku sztywnych linii produkcyjnych zmiany i zakłócenia na pojedynczych stanowiskach wpływają negatywnie na wydajność całej linii. Im większe są awarie, tym trudniej jest je potem nadrobić.

 

 

W zakładach w Babenhausen przez całą dobę co 15 sekund z taśmy zjeżdżają zaawansowane podzespoły do produkcji kokpitów samochodowych. Nie ma tu wiele czasu na nadrabianie przestojów. Dlatego firma Continental zastępuje obecnie sztywne linie kontroli i układania części elastycznymi liniami nadmiarowymi, wykorzystującymi współpracę człowieka z robotem. W ich ramach roboty współpracujące Claus i Clara umieszczają części w automatach kontrolujących w odpowiednim miejscu. W razie potrzeby do akcji wkracza pracownik. O bezpieczeństwo w ramach takiej współpracy dba rozwiązanie zabezpieczające firmy SICK, składające się z laserowych skanerów bezpieczeństwa S300, wyłączników bezpieczeństwa TR4programowanych za pomocą oprogramowania sterowników bezpieczeństwa Flexi Soft.

 

\ 

Na tej kompletnej, nowo zbudowanej linii kontrolnej znajdują się trzy stanowiska kontroli, na które części są dostarczane przez roboty (tzw. coboty albo roboty współpracujące). Robot współpracujący pobiera część z taśmy, wkłada ją do automatu kontrolnego i odbiera sprawdzone urządzenie, które umieszcza na następnej taśmie.

 

Bezpieczeństwo zapewnia efektywną współpracę człowieka z robotem

„Claus (clever automated universal robot system) i Clara (clever automated robot application) to półmobilne, lekkie roboty, które pracują w trybie stacjonarnym, lecz mogą być używane w różnych miejscach” – tak o robotach współpracujących i ich zaletach mówi Heiko Liebisch z firmy Industrial Engineering, Robotics, Continental Automotive GmbH. „W takim modelu robota można odinstalować i na potrzeby innej zmiany przewieźć go w inne miejsce. Umożliwia to pracę dwóch linii z tymi samymi robotami. Na porannej zmianie na jednej linii i na drugiej lub nocnej zmianie na drugiej linii”.

Dzięki mechanicznej indeksacji można w każdej chwili odpowiednio ustawić robota współpracującego względem stanowiska kontrolnego. Wyłącznik bezpieczeństwa z transponderem TR4, czujnik Direct Unique-Code kontrolują aktuator TR4 Direct Unique-Code w robocie Claus lub Clara.

„Sterowanie wszystkimi elementami zabezpieczającymi w całym systemie odbywa się przy użyciu programowanego za pomocą oprogramowania sterownika bezpieczeństwa Flexi Soft. Flexi Soft sprawdza więc, czy zakodowany wyłącznik bezpieczeństwa jest na miejscu. Jeśli go nie ma, nic się nie dzieje. Sterownik generuje wtedy komunikat o błędzie. Jeśli wyłącznik zostanie zweryfikowany, laserowe skanery bezpieczeństwa (S300 Advanced) wczytują zestawy pól dostosowanych do stanowiska pracy i przekazują robotowi współpracującemu pierwszą zgodę na wczytanie programu i rozpoczęcie pracy” – tak Heiko Liebisch opisuje inicjalizację działania systemu. „Z przodu cobota możemy przykręcić do niego wiele zakodowanych wyłączników. Umożliwia to konfigurację robota współpracującego odpowiednio do różnych stanowisk pracy”.

\

Nowa linia pozwala ponownie umieścić w działającej instalacji części odrzucone po kontroli. W tym celu operator idzie do systemu testowego lub cobota podczas pracy, umieszcza część testową tam, gdzie jest miejsce, a następnie wychodzi. Robot współpracujący automatycznie wie, że w danym miejscu znajduje się część, którą należy sprawdzić, a następnie kontynuuje pracę.

Zamontowane ukośnie laserowe skanery bezpieczeństwa dbają o monitorowanie całego otoczenia i za pomocą umieszczonych z przodu sygnalizatorów świetlnych (których kolory odpowiadają kolorom drogowej sygnalizacji świetlnej) wskazują strefy pól ochronnych lub ich naruszenie. Aby operatorzy mogli to zauważyć nawet kątem oka, cały korpus pod ramieniem robota współpracującego świeci w odpowiednim kolorze. W trybie współpracy Claus jest podświetlany na żółto i zmniejsza prędkość pracy. W trybie czerwonym całkowicie się zatrzymuje. Gdy operator opuści czerwone pole ochronne, system – a tym samym Claus – automatycznie ponownie się uruchamia. Operator nie musi niczego zatwierdzać.

 

Na początku również w przypadku robotów współpracujących zawsze niezbędna jest ocena ryzyka

Choć Claus i Clara poruszają się stosunkowo powoli, ramię robota może zbliżyć się do operatora na odległość zagrażającą jego życiu.  „Zawsze trzeba przeanalizować całą koncepcję, dlatego chwytaki używane z przodu powstały za pomocą spiekania laserowego – są zaokrąglone i nie mają ostrych krawędzi”.

Żadne dwa przypadki współpracy człowieka z robotem nie są jednakowe, dlatego indywidualna ocena ryzyka w każdym z nich jest niezbędna nawet wtedy, gdy zastosowany robot powstał specjalnie z myślą o współpracy z ludźmi, a zasadnicza budowa takiego robota współpracującego wykazuje wiele cech konstrukcji, która jest bezpieczna sama w sobie. Jednocześnie również pomieszczenie, w którym odbywa się współpraca, musi spełniać podstawowe wymagania dotyczące np. odstępów minimalnych od sąsiednich dostępnych obszarów, w których istnieje ryzyko zmiażdżenia lub zakleszczenia. Normatywną podstawą bezpieczeństwa funkcjonalnego w ramach współpracy człowieka z robotem są w pierwszej kolejności normy ogólne, takie jak IEC 61508, IEC 62061 i ISO 13849-1/-2. Dodatkowo należy uwzględnić normę ISO 10218-1/-2 dotyczącą bezpieczeństwa robotów przemysłowych oraz w szczególności normę ISO TS 15066 dotyczącą robotów współpracujących.

Zespół Heiko Liebischa poprosił firmę SICK o doradztwo i przeszkolenie w zakresie konstrukcji, dyrektyw, przepisów i norm związanych z robotami współpracującymi. „Jesteśmy bardzo zadowoleni z działającego obecnie systemu” – komentuje efekt Heiko Liebisch. „W codziennej praktyce co jakiś czas dostrzegamy pewne możliwości optymalizacji, nad którymi będziemy pracować dalej z firmą SICK jako partnerem całego rozwiązania.”

 

Udana linia pilotażowa od początku 2017 r.

Heiko Liebisch i jego kolega Dejan Pfaff zaplanowali nową linię kontrolną 4.0 firmy Continental Automotive GmbH w Babenhausen i skonstruowali roboty współpracujące. Są więc oni niejako ojcami Clausa i Clary. Pierwszym modelom wkrótce przybędzie „rodzeństwo” – Cora i Kurt. Udane wdrożenie cobotów zachęciło bowiem firmę Continental do dalszych kroków. Przedsiębiorstwo planuje wprowadzenie kolejnych robotów współpracujących. Warto dodać, że modele Claus i Clara są budowane przez uczniów odbywających praktyki w firmie Continental Automotive GmbH. Mechanicy budują podstawę, a mechatronicy pozostałe części. To dla praktykantów spore wyróżnienie. Gdy potem trafią do pracy na takiej linii, będą mogli z dumą powiedzieć, że coboty wyszły spod ich rąk.

 

Pozostałe teksty:

Bezpieczeństwo zapewnia efektywną współpracę człowieka z robotem

 

Rozwiązania związane z bezpieczeństwem do inteligentnej współpracy człowieka z robotem

 

Systemy wizyjne sterują robotami współpracującymi

 

 

Josef Zimmermann
Josef Zimmermann

Josef Zimmermann 

Kierownik ds. technicznych w dziale robotyki

Od roku 2010 Josef Zimmermann zajmuje się intensywnie jako kierownik ds. technicznych tematem robotyki. Rozpoczął pracę w roku 2000 w firmie SICK jako inżynier zajmujący się aplikacjami w obszarze laserów pomiarowych. Punkty styku z jego dzisiejszym obszarem zadań powstały już wcześniej w związku z nawigacją pojazdów autonomicznych, jak również projektami dotyczącymi robotyki przemysłowej i serwisowej.