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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

发布时间:2019-03-19 09:44

大陆集团是全球领先的汽车零部件供应商之一。车辆型号与种类的日益多样化和汽车行业产品生命周期的不断缩短也要求零部件供应商灵活应对。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,一整天每 15 秒就有一件用于汽车驾驶舱的高科技组件下线。在这种情况下,没有多少余地来弥补停机时间。因此,大陆集团现在将刚性的检测与装配生产线用柔性的冗余协作检测生产线代替:Cobots Claus 和 Clara 在需要它们的地方给自动检测装置上料。必要时,员工可以帮它们一把。由 S300 安全激光扫描仪、TR4 安全开关和可通过软件编程的 Flexi Soft 安全控制器组成的 SICK 安全解决方案为这种协作提供安全保障。
 


 

在采用全新结构的检测生产线上,有三个通过机器人 (Cobot) 上料的检测台。Cobot 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之机器人技术部的 Heiko Liebisch 如是描述 Cobot 及其优点。“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,Cobot 可随时相对于检测台重新最佳定位,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。

 

“整个系统中与安全有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,则什么都不会发生。然后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 Cobot 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 Cobot 适应多个工位。”



 

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 Cobot,将检测件放到有位置的地方然后离开,Cobot 自己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,Cobot 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。操作人员不必确认。

始终从风险评估开始——对于 Cobot 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,什么都弄圆了。”

 

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 HRC 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 HRC 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。”

 

人机协作 (HRC) 中的功能安全性

高度自动化与柔性生产流行:如今,人与机器的合作更加紧密,但仍然需要确保安全,因此在现代生产系统中确保功能安全性是提升灵活性的重要一步。为此不仅需要全面理解机器人应用,专业的风险评估知识和相应的安全解决方案组合同样不可或缺。

 

在某些应用中,人与移动机器人必须紧密地相互融合。在这种所谓的协作场景中,机器人和工件(包括工件托盘)的力量、速度、运动轨迹都会给工人带来危险。这些危险必须通过内在防护措施或/和额外的风险降低措施加以限制。技术防护设备的选择和设计可能非常复杂。

 

SICK 的 S300 Mini、S300、S3000 或全新 microScan3 Core 与 Flexi Soft 安全控制器相结合 360° 无死角全方位防护机器人或 AGV 和 AGC 是通过联网多个安全激光扫描仪简化应用解决方案的一个示例。通过该解决方案确保所有移动方向上的安全。它是方便集成、具有高可用性且经济的一站式全套解决方案,即没有应用技术上的接口风险。SICK 专用 EFI 接口(增强功能接口)允许设备间直接安全通信。该接口的使用为用户极大减少了通常所需的大量布线工作——同时,布线错误的风险也相应降低,特别是在调试阶段。Flexi Soft 在车辆或机器人身体内的中央集成除了方便配置,还实现从一点更好地诊断激光扫描仪系统。这样不仅节约了调试时间,还优化了维护和修理。

 

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 Cobot。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。已计划使用更多 Cobot。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。