与机器人一起安全工作的传感器郑博夫

与机器人一起安全工作的传感器

传统上，机器人在安全笼子或围栏内单独工作。但是，如今装配线上的更多应用需要人和机器近距离工作。

在某些任务中，需要人和机器人同时共享同一个工作空间在这些场景中，必须根据风险程度来限制机器人的力、速度和运动路径。

除其他外，这种风险取决于工人和机器人之间的距离。这就是传感器发挥作用的地方。各种各样的激光扫描仪、光束、雷达系统和其他传感技术可以帮助确保人与机器人之间的安全互动。

“虽然在过去几年中，功率和力受限的协作机器人在自动化领域引起了很多关注，但世界各地的工厂中仍然有许多传统机器人在使用，”美洲行业经理 Tom Knauer 说在巴鲁夫公司。“许多应用需要六轴机器人，可以快速准确地移动大而重的零件。

“但是，工程师希望将协作功能集成到旧机器中，使人们能够靠近并在他们附近工作，”Knauer 指出。“这就是我们看到对先进传感器越来越感兴趣的地方，例如超越光幕或安全垫的 3D 摄像系统、固态激光扫描仪和雷达扫描仪。

“一些投资于新型协作机器人的制造商正在购买激光扫描仪和其他设备，以增加额外的安全层，”Knauer 解释说。“这使他们能够在操作员离开安全区时使用力的上限全速运行机器。

Knauer 说：“更密切的人机交互正在提高 10 年前不可想象的生产力和协作水平。” “未来许多应用的最佳解决方案将是人类与机器人一起工作，而不是机器人夺走人们的工作。”

SICK Inc. 工业安全市场产品经理 Chris Scott 补充说：“我们看到今天对传感器的需求越来越大，这些传感器使机器人和人类能够近距离工作。”机器人是高生产力、提高效率和改善人体工程学的先决条件。

“[安全传感器] 使人们能够在机器人附近工作，同时减少生产停机时间，”斯科特解释说。“这是通过智能、坚固和可靠的传感器和安全系统对环境的适应性感知来实现的。”

灵活生产

对柔性制造的需求增加是人机协作趋势的背后。工程师希望能够快速重新配置他们的装配线以进行产品转换，并支持多品种、小批量的生产。

“具有讽刺意味的是，这种对制造灵活性的要求正在推动两种不同的机器设计发展，”欧姆龙自动化美洲核心技术营销经理 Todd Mason-Darnell 表示。“首先，制造商正在寻找可以像构建块一样快速重新配置的小型模块化制造设备，以支持不断变化的生产需求。

“制造商也正在转向大型、集中控制的生产线，其中多个操作均由单个 PLC 监控并由单个安全控制器保护，”Mason-Darnell 解释说。“借助集中控制和安全系统，[工程师] 可以轻松监控、控制和更新 [装配线]，以支持不断变化的需求。

“在传统的功能安全模型中，有一个明确的静态危险区域，”梅森-达内尔说。“安全 [设备] 的作用是防止工人在存在危险时进入该区域，或者检测工人是否进入该区域，然后停止危险运动。

“在过去的三年里，人们越来越需要通过积极共享同一空间来更加协作地工作，”梅森-达内尔解释说。“这不仅通过允许工人和机器人在同一区域并行完成任务来提高整体效率，还可以提高生产灵活性。机器人可以执行可重复的常见任务，[人类] 可以处理可能需要创造性解决问题的可变任务。

“随着协作工作空间的兴起，安全传感器的作用也发生了变化，”梅森-达内尔指出。“与其定义一个固定的‘禁止进入’区域作为危险区，制造商正在寻找能够根据机器人和工人的位置和速度更新自适应危险区的能力。

“在这个模型中，安全传感器的任务仍然是定位工人，”梅森-达内尔说。“然而，不是仅使用该数据来停止或启动机器人，而是将其与来自机器人的速度和有效载荷信息相结合，以实时定义危险区域，并为机器人定义安全路径和行进速度。机器人手臂。危险区仍然是一个禁区，但机器人的操作正在改变，以适应工人的安全，同时仍然能够生产。”

越来越多地使用移动机器人，例如自动导引车，也迫使工程师重新思考他们如何在工厂车间部署安全传感器。

Banner Engineering Corp 的传感器和安全高级产品营销经理 Dana Holmes 说：“我们看到自动导引车在设施内移动产品的安全性需求增加。提供方向和防止碰撞的传感器对其成功至关重要。现在更重要的是确保人们与这些机器人并肩工作的安全。”

新产品

制造工程师可以选择各种创新的安全传感器产品，使人类能够在装配线上靠近机器人工作。

例如，为了响应对工业 4.0 技术日益增长的兴趣，邦纳工程开发了一种通信协议，可帮助用户削减成本、简化安装和故障排除以及防止和减少停机时间。串联诊断 (ISD) 允许工程师通过一个串联连接最多连接 32 台设备，并直接与最常用的 PLC 通信。

“我们的 SC10 混合安全控制器能够支持其中两个 ISD 链，从而为您的 ISD 网络提供 64 个设备，”Holmes 解释道。“当发生安全事件时，系统会收到警报，其中包含有关哪个安全装置跳闸的信息，从而轻松进行故障排除。

“串联诊断还为每个使用的设备提供了一系列额外的数据点，包括唯一的标签值、内部温度、电压等，以及特定于设备的详细信息，例如安全开关传感器之间的对齐和距离和执行器，”福尔摩斯说。“此外，如果设备接近跳闸，系统会发送警告警报，以便在您的机器关闭之前解决问题。”

激光扫描仪也变得越来越流行。这些设备连续扫描一个区域以创建一个二维保护区。它们可用于各种水平、垂直和移动应用。

“我们有独立单元、主控单元和远程单元，最多可连接四台扫描仪，以及带有编码器输入的扫描仪，扫描仪可以直接读取这些输入以选择合适的安全区域，”Holmes 说。“它们降低了成本并消除了对安全 PLC 等附加硬件通常所需的功能的需求。

Holmes 指出：“激光扫描仪非常适合从单个单元获得高达 275 度的保护，并且可以解决复杂的应用，具有多达 70 个独特的安全区域集和三个独立的安全输出。”

如今，一些工厂也正在使用安全雷达系统。Leuze Electronic Inc. 最近推出了 LBK 装置，该装置利用雷达波来确定工人的移动并阻止从警戒区域进行的危险移动。

“LBK 不受环境问题的影响，例如液体、碎屑、灰尘、污垢和温度，这在以光学传感器为主的安全传感器领域是独一无二的，”劳易测安全产品专家 Rod Karch 表示。“LBK 很坚固，并使用雷达波来检测人体运动。”

为了满足对机器人防护技术日益增长的需求，SICK 最近开发了 sBot Speed 系列。它提供了为协作机器人应用程序实施速度和分离监控所需的核心硬件。

“该系统可以轻松扩展和定制，以满足应用程序的特定需求，”斯科特说。“sBot Speed 系统包括软件、编程逻辑和机器人制造商特定的文档。这为客户提供了快速启动和运行安全系统所需的所有工具。”

另一个旨在改善人机协作的新产品是来自 Veo Robotics Inc. 的 FreeMove。该工业机器人安全防护系统采用先进的计算机视觉和 3D 传感技术，最近获得了 TüV Rheinland 的安全认证，并通过了 ISO 13849 认证。 PLd，类别 3。它与来自 ABB、Fanuc、Kuka 和 Yaskawa 的各种机器人配合使用。

“FreeMove 提供易于安装、完整的安全 [系统]，可根据需求变化快速重新配置，从而使工厂中两种最灵活的资源——人和机器人——更容易协同工作，”总裁兼总裁帕特里克·索巴尔瓦罗 (Patrick Sobalvarro) 说。威欧机器人首席执行官。“与光幕和其他电敏保护设备不同，它们依赖于复杂的计算和工程师的仔细规划来了解哪些条件是安全的，哪些不安全，而 FreeMove 的传感器以 3D 方式持续监控整个工作单元。

“使用这些数据，FreeMove 知道什么可能是人类，什么绝对不是；它了解机器人的状态；并且它会自动和动态地确定该机器人是否需要减速或停止以确保这些人的安全，以及何时可以安全地恢复运行，”Sobalvarro 解释道。

“FreeMove 允许在协作应用中使用标准工业机器人，从而实现更灵活和高效的工作单元，”Sobalvarro 说。“[它] 使制造工程师能够保护机器人和非机器人危险，提供全面的安全系统，在复杂工作单元的设计和调试中节省劳动力。

“这会缩短设计时间，减少定制机械，并缩短工作单元投入运行前的交货时间，”Sobalvarro 指出。“FreeMove 还提高了机器人和人力的利用率，减少了令人讨厌的故障，提供了更短的周期时间、更高的单位生产率和更快的故障恢复，所有这些都具有改进的人体工程学和安全性。”

FreeMove 已经在航空航天、电器、汽车、建筑设备、消费品和电子行业的各种制造商的试点安装中使用。应用包括操作员装载站、码垛和零件展示。

“今天，我们比以往任何时候都需要更多的制造人员，因为对定制、灵活性、变化、更快的产品周期和对质量问题的更快响应的需求不断增加，”Sobalvarro 说。“未来最好的生产环境将是[无缝]人机交互的环境。”

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