人類與自然的守衛者--SICK人機協作安全解決方案
http://www.moduwu.com 2016-11-07 10:40 來源：廣州市西克傳感器有限公司
人機協作 (HRC) 描繪了人與自動化機器共享同一工作區并在其中同時工作的場景。在工業 4.0 的推動下，該合作模型保證了高度靈活的工作流程、極高的系統可用性與生產力及經濟效益。SICK為 HRC（協作機器人）提供了特定的安全應用解決方案。
工作流程靈活化是工業 4.0 的一大主題。在極端情況下，該主題延伸至在大批量工業生產條件生產相同規格的產品，在產品和生產流程通過現代信息與通信技術相融合的“智慧工廠”(smart factory)，一方面采用智能化和自主化的機器。另一方面工業生產中的人機互動的頻率有所增加——人的能力與機器人的能力相結合，可形成工作循環更佳、質量更好并且成本效率更高的生產解決方案。同時，與人互動的自主式機器人需要有效支持生產流程靈活化的新型安全理念。
人機互動：空間與時間的問題
人與機器的互動并非伴隨工業 4.0 才成為工業自動化的重點。此前占比約 90%的人機非接觸式應用兩大互動場景為：共存與合作。時間和空間上的隔離是傳統的停止方式。人與機器在互動過程中同時居于相鄰區域的工作交互區域，單個機器安裝工作站便是一個典型的應用案例。人與機器同時在相鄰工作區內工作，通道部分由例如安全光幕 deTec4 Prime 進行監控。若人與機器在互動過程中共享同一工作區，但在不同時間點于其中工作，則滿足人機合作的條件。當工作人員進入裝配機器人的中轉站內，工人放入工件時——具有多個同步保護區域的安全激光掃描器 S3000 若檢測到該工人，將確保機器人減速或在安全監控下停止運動。
在工業 4.0 的框架下，第三種互動形式越來越引人關注：人與機器人協作。在這種情況下，二者于相同時間內共享同一工作區。一個相關示例是帶有機器人的移動式平臺，機器人從傳送帶或托盤上夾取零件，并在運輸至工位后將其遞給那里的工人。在這樣的協作型場景中，傳統的共存型或合作型安全檢測解決方案無法再滿足需要——如今必須根據實際危險程度來監控和限制機器人的力量、速度和行進路線，并在必要時使其停止。因此，人與機器人之間的距離成為極其重要的安全相關參數。
始終從風險評估開始——即使在面對“協作機器人”時
不同的人機協作工作站硬件或軟件參數設置都是不同的，即使所使用的機器人是專門為人互動而開發，也需要單獨評估 HRC 應用的風險——這樣的“協作機器人”從基本設計上便呈現諸多固有安全的結構特點。同時，協作空間范圍也有基本的要求，例如與相鄰的工作區域、存在擠傷或夾傷危險的可進入區域需要保持的最小距離。IEC 61508、IEC 62061 和 ISO 13849-1/-2 等通用標準構成 HRC 應用功能安全的規范性依據。此外，還應考慮到涉及工業機器人安全的 ISO 10218-1/-2 和有關協作型機器人的 ISO TS 15066。機器人系統的開發商和集成商不僅要仔細檢查機器人制造商采取的結構性防護措施是否符合標準，還要評估到可能殘余風險和危害。為此應當根據 EN ISO 12100 對機器人系統及其運動過程和預定協作區進行風險評估，從中得出相應安全措施——例如按照 ISO/TS 15066 選擇相應的協作模式。
協作型機器人系統的安全運行模式
依據以上技術規范，可分為四種協作運行模式。“安全相關監控停止”模式使機器人停止與人互動；在“手動操控”模式中，通過在適當減速的情況下有意識地手動操控機器人確保安全的 HRC。在第三種協作模式“速度與力量限制”中，通過例如安全控制器的限制功能將機器人的功耗、力量和速度，不管是機器人和操作人員之間有意或無意的身體接觸，速度機器人達到所需的安全生物力學負荷能力在其中工作有沒有危險或受傷都可以預料的。“速度與距離監控”協作模式完全符合工業 4.0 和智慧工廠中生產流程的高度靈活工作場景的需要。基于對機器人速度和行進路線的監控并根據受保護協作區內操作人員的工作速度進行調整。在該模式中，安全保護距離一直受到監控并在必要時使機器人減速、停止或更改其行進路線。若操作人員與機器間的距離超過最小距離時，則機器人系統可以通常速度和行進路線自動繼續運動。從而立即恢復機器人的生產效率。
HRC 的功能安全：一站式提供專業知識、產品組合和方案實施
在人機協作（HRC）應用不同類型的ISO / TS 15066的合作，速度和距離監控在未來具有非常大的市場潛力，也鑒于之前占據主導地位的共存型與合作型互動應用場景，顯然安全傳感器與控制器技術正面臨實現無障礙 人機協作的新挑戰。未來的應用的人機協作性要求越高，對共用工作區安全性的要求就越高。作為傳感器，控制和功能安全系統解決方案的制造商和通過整體提供安全系統解決方案以及從風險評估和安全理念全面的安全服務供應商，SICK 在安全型機器人應用的設計上擁有豐富的專業知識和經驗。人機協作應用 在所有人機互動應用中僅占SICK很小一部分。SICK 為實現機器人應用功能安全持續開發并實現的創新型解決方案，始終致力于：建立全新的安全行業標準，提供整體性安全解決方案守護著人類與自然的和諧，讓您與設備和機器人之間實現更安全，更高效，更智能的工作！
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