人类与机器的距离越来越近. 不仅在私营部门,在工业领域也是如此. 过去,生产中的机器人和员工之间由安全光幕和安全围栏等保护装置隔开,而现在,机器人和员工之间由安全屏障隔开。 协作机器人的兴起已有数年之久. 不仅是大型企业,中小型企业也越来越多.
在以前全自动机器人工作的传统保护区内,只有借助启动开关才能进行手动操作. 这主要是在维护或安装工作中,临时需要人工操作,偶尔需要有人进入保护区时使用. 协作机器人的情况则不同. 在这里工作的员工和机器人是 人机协作 (MRK) 永久性地相互靠近,而不通过保护装置进行物理隔离. 如果采用适当的技术来避免碰撞或限制力和功率,从而降低安全风险,这将带来许多机遇. 这是因为 HRC 缩小了所谓的 “自动化差距”。 它是由人工处理和机器人全自动处理之间的经典保护网所创建的. 只有通过 HRC,机器人设备才能成为真正的同事,或者说是 “工人”。 Cobots 和人力助理,使他们的工作更轻松,流程更高效.
但在这种情况下,何时的问题 为确保员工安全,需要启用开关 如果没有,则仍存在很大的不确定性,尤其是在国际层面. 最近的相应修订 ISO 10218 于 2 月举行 2016 和四月 2017,以所谓的 TS (技术规格), ISO TS 15066. 在大约 30 页的篇幅中,国际标准化组织 (ISO) 这里的主题是 “机器人和机器人设备 – 协作机器人”. 然而,这也主要涉及到多大的 “允许的疼痛“ 机器人与人类发生碰撞时允许的最大压力和力量 (生物力学极限值), 如果不使用启用开关或其他安全传感器来避免碰撞. 或者说,取代传统安全围栏的安全功能必须满足可靠性、位置和速度监控以及碰撞检测的高标准.
为什么协作机器人是一个特例?
人机协作 说明 人类与机器人共享工作空间, 的 不一定有警卫 必须. 不一定,因为严格来说,如果存在保护装置,也可能存在所谓的 MRK,但在维护或维修工作期间,必须在危险区域内进行手动操作. 作为 HRC 的一部分,公司和员工都能从提高效率和改善人体工程学中受益。 协作机器人正越来越多地承担起对人的关节和姿势有长期影响的任务,同时还能加快生产流程. 然而,人与机器的距离越近,潜在的危险就越大. 至少在相关标准和法规存在不确定性的情况下,如 EN ISO 10218 („工业机器人的安全要求“) 占上风. 由于热轧卷是一项相对较新的技术,这对许多公司来说都是一个重大问题. 直到最近,它才在规模较小的公司中越来越流行. 这里的专业知识有时无法与大公司相提并论。 由于传统的保护区域不再适用于 MRK 越来越多的解决方案和创新 可靠的人员探测和安全传感器 启用开关有时落后.
该意见认为 MRK 中的 3 级启用开关 非绝对必要的合法处方正变得越来越普遍. 但这是不正确的。 从法律角度来看,这里也有许多细节需要考虑,因此在有疑问的情况下,在机器人技术中使用使能开关通常更为安全。 不仅当 人员必须进入保护区进行维护或安装工作, 但一般情况下 无分离保护装置 存在 (安全围栏、进入保护区的门传感器等。). 对于何时需要启用开关的问题,不可能给出一个笼统的 “是 “或 “否 “的答案 而国际标准化组织目前并没有对这一问题给出明确的答案. 因此,让我们来看看机器人的各种非协作和协作应用实例,以及在每个实例中启用开关的必要性问题.
3 级启用开关的具体功能是什么?
仍然有效的 EN ISO 10218 自 2011 年起 部门 4.2,认为 始终在保护区外手动控制机器人 应该发生。 该保护区域受到外侧标准保护装置的限制. 不过,出于各种原因,可能有必要暂时停用这些保护装置. 例如,进行维护工作. 在这种情况下,使用 3 级启用开关. 如果正常运行的保护装置被停用,那么 补充措施 以便 确保特别行动中的个人保护 能够
在大多数现代工业厂房中 „正常 “运行即全自动功能,例如在机器人中. 这就是 业务保护措施. 如果有人进入危险区域或安全门打开,机器就会停止运转. 但是,如果需要更换新设备、更改工艺或进行编程工作,则必须取消常规保护装置,并以手动模式控制机器. 这就是 启用保护功能开关.
指导原则规定,必须使用联锁装置,以防止发生以下情况 只有通过第二个单独的动作才能实现机器操作. 为了让在安全区域工作的人员能够移动机器,还必须以手动操作控制装置的形式确认启用开关. 在危险区域工作的每个人都必须随身携带这一批准装置.
使能开关的 3 级工作原理如下:
- 级别 1: 按钮尚未按下 . 机器要么停用(关闭),要么在激活正常运行安全功能的情况下运行.
- 级别 2: 使能开关的中心位置; 机器运行时,门等安全保护装置处于关闭状态,以便进行维护工作或新设置(打开).
- 级别 3: 如果按钮按得太紧,机器将停止运转(关闭). 如果在冲击情况下反应过度,启用开关可保护操作员和危险区域内的人员 .
因此,只有当启用开关处于中心位置(2 级)时,才能对机器人进行手动操作. 如果它被释放(第 1 级)或被过度按压(第 3 级),例如由于休克、心脏病发作或电击,则 自动设置操作. 此外,一些启用型交换机还具有额外的 紧急停止按钮 (急停开关).
然而,就HRC而言,在日常工作生活中并没有这样的保护区,也没有用防护栏进行空间分隔。. 因此,人类和机器一直在共同努力. 因此,许多公司都在问自己,现在是否所有员工都必须随时使用启用开关,或者是否因为使用了其他保护系统(特别是个人身份识别系统)而不再需要这样做. 这是因为协作机器人必须能够可靠地探测到人,并独立停止操作或独立限制和调整力、压力和功率. 但是,这并不意味着传统的启用开关是多余的.
协作机器人运行的先决条件
对协作机器人和集成安全系统的要求 用于个人检测、风险最小化以及力量和功率限制的调节器 ISO/TS 15066. 原则上,协作机器人可以在不需要安全围栏的情况下,在靠近人类的地方全自动工作。 根据力量和功率限制完成风险评估 并对所有可能的碰撞情况进行验证,从而得出应用程序是安全的结论. 作为协作机器人的保护装置,人员安全探测的一个有趣的理论基础是 论文来自 Dr.-Ing. Björn Ostermann 2014年,他在伍珀塔尔大学撰写了这本书.
风险评估:
- 数据收集 如产品名称、产品类型、生产年份、预期应用或使用领域、可预见的误用、产品功能等.
- 其中 潜在危险 在?
- 挫伤
- 减震器
- 伯恩斯
- 刺伤和穿刺
- 切入和切断
- 卷绕
- 迁入
- 抓获
- 电击
- 接触有害物质
- 在哪里 碰撞 (人类与机器之间的身体接触) 协作室 有可能吗?
- 风险评估: 已确定的危险有多大可能发生,会产生什么后果? 每位员工面临这种风险的频率和时间是多少?
- 例如:与每天只用机器人装载几次托盘的员工相比,整天与机器人一起进行装配工作的员工面临潜在风险的时间更长、频率更高。
- 与 避免碰撞 或力、冲力和动力限制?
- 有了它 自动模式下的主动安全功能 能否控制压力和力量,从而避免人员受伤的风险?
- 现在已根据已记录的信息定义了相应的 “机器极限”
- 根据这些数据 (风险分析) 现在要评估的是,必要的安全措施是否足够,或者是否需要在系统中集成的安全系统之外采取额外的措施来最大限度地降低风险 (风险评估).
- 这种风险评估会反复进行,直到协作机器人的使用被归类为安全为止.
一系列 始终主动的安全功能 在自动模式下,可以取代三级启用开关的主动安全功能,例如 工具中心点 (TCP)-速度限制, TCP 空间限制、关节位置限制和关节速度限制. 这正是协作机器人与传统工业机器人的不同之处 EN ISO 10218 是强制性的. 不过,启用开关仍然有用,甚至是强制性的。
相应的技术规范尚未与机械指令挂钩。 然而,参与 ISO 10218-1/-2 制定工作的专家们 (仍然是所有工业机器人的适用标准), 他们也是 TS 15066. 因此,它可以作为热轧卷的安全准则,一定要加以考虑。
而这些 对于 MRK 是否需要启用开关的问题,技术服务组的答复如下:
„[…] 如果风险评估确定,通常通过应用使能装置实现的风险降低可以通过固有的安全设计措施或安全评估限制功能来替代实现,那么协作机器人系统的手持悬挂站可以不配备使能装置 […]“
然而,这一提法提出的问题至少与回答的问题一样多. 原则上,这种表述只是说,如果协作机器人的集成安全功能 “足够安全”,就不需要启用开关. 但 “足够 “意味着什么?
以下问题提供了指导.
如果您的回答都是 “是”,则可以认为启用开关并非绝对必要:
MRK 的三个重要问题
- 风险评估是否仅仅基于力和功率的限制,而没有考虑到其他保护措施,这些措施是否能使机器人通过其他辅助设备(如传感器、激光扫描仪甚至启动开关)停止运行?
- 机器人的生物力学极限值(力和压力)(在风险分析中得到验证)能否排除在所有可能的情况下和所有可预见的应用错误中对员工造成的危险?
- 在自动和手动模式下,机器人的集成安全功能是否同样始终处于激活状态?
在这些示例中,MRK 需要启用开关
在实践中,力和功率限制以及受监控的停止装置主要用于热轧卷应用,以最大限度地降低风险. 然而,在力和功率限制方面,负责的集成商面临的主要挑战是测量风险评估所需的夹紧和自由碰撞. 额外的安全措施,如启用开关,可以大大简化此处的风险评估.
监测站
安全垫或激光扫描仪可分隔受保护和不受保护的工作区域,取代旧的安全围栏. 一旦有人进入协作机器人的工作区域,它们就会发出报警,并触发安全停止. 在安装或维护工作中,是否需要员工,特别是程序员负责机器人的手动移动? 比安全等级监控停止装置的传感器所允许的距离更接近机器人有必要通过另一种安全功能来监控机器人的移动,这种功能可以在紧急情况下临时移动或停止机器人. 这一功能由 三级启用开关.
合作室的面积
作为风险评估的一部分,要确定所谓协作空间的大小. 这并不一定涵盖机器人的整个运动范围. 例如,机器人可以自动装载托盘,然后由员工运走. 但是,如果机器人的整个运动范围也被定义为协作空间,那么风险评估所需的测量和分析工作就会变得非常复杂. 尤其是夹点和剪切点,对合作空间内的人来说非常危险. 因此,对于受力和功率限制的机器人,最好尽量减少潜在夹持点的数量. 然而,这并非易事. 空间限制安全功能或将工作空间划分为两个区域 (正常区域和协作室), 在这种情况下,限制机器人运动范围更大的 “机器人 “技术提供了一种补救措施,因为协作空间因此得以缩小. 因此,也是必须为风险评估进行相应测量的空间. 这样,您就可以在协作室内的区域内工作,而无需按下同意按钮 (降低安全参数). 通过光栅或其他传感器的测量,机器人会在此范围内降低速度和力度。 需要在协作室外按下同意按钮 (正常安全参数). 这是因为机器人可以在这个正常区域内以更高的速度和更高的性能工作,因为这个区域内通常没有人. 同意传感器的使用大大简化了HRC的风险评估.
同意按钮简化了风险评估
在覆盖整个运动区域的大型协作空间中,风险评估非常广泛和复杂. 必须计算所有夹紧点和剪切点、碰撞可能性和力. 将工作空间划分为普通区域和小型实际协作空间在这方面有所帮助,但需要在普通区域启用开关.
- 在 正常范围 与传统的全自动工业机器人在熟悉的安全栅栏内工作类似,通常的安全参数也会生效. 不同的是,该区域只用安全等级和激光网格隔开. 如果有人越过激光网格,机器人就会刹车(安全停止). 在这个区域,人们只能通过启用开关来移动机器人. 由于人类只有在特殊情况下才会进入正常区域,因此机器人可以在这里以正常速度、功率和力量工作,而不会受到基于详细风险分析的力量和功率限制. 在这一领域,自由碰撞以及夹紧和剪切点的测量和计算也不再费时.
- 如果机器人越过 编程安全级别,从正常运行模式切换到功率和性能受限模式 (或反之亦然,取决于机器人越过安全等级的区域).
- 在 协作室 根据风险评估得出的力和功率限制,降低速度、力和功率等数值。 在协作空间内,详细的 . 风险分析包括. 测量和确定夹紧点和剪切点 和自由碰撞. 因此,在这一区域内可以省去启用开关 .
通过将流程划分为两个领域,这种方法的优势在于可以将复杂的风险评估限制在尽可能小的协作空间内. 即 光或激光光栅前的区域. 还必须计算夹紧点和碰撞可能性,并相应配置机器人的安全系统和参数. 不过,只有在协作室中才必须遵守这一力度和功率限制.
只要机器人 从格栅后通过安全级别 如果电机进入正常范围,则取消力和功率限制。 可能的夹点和剪切点以及自由碰撞不需要对这一区域进行详细分析,因为这是一个 经典保护区 EN ISO 10218 行业. 因此,这里有一个 需要 3 级启用开关, 进行手动操作时 .
因此,使用同意按钮作为简化风险评估的一部分,可以节省大量的时间和精力.
在实践中 这种解决方案适用于人类和机器人仅在 HRC 的一个或几个点上实际共享空间的所有应用. 这样,机器人就可以在这些区域外以全功率运行,以便 尽管 MRK 在某些地方 一种 周期短 以达到.
位置机器人 | 职位 | 安全 |
正常范围 | 在格栅前 / 在协作室内 | 机器人以正常速度和功率运行,只能通过启用开关进行手动操作 |
正常范围 | 突破光栅 | 机器人安全停止,直到人类再次离开正常区域或使用启用开关移动机器人 |
协作室 | 进气格栅前方 | 机器人运行速度降低(力和功率限制等) |
协作室 | 协作室 | 机器人运行速度降低(力和功率限制等) |
结论:在机器人技术中启用开关–可行还是不可行?
安全的热电联产是否需要启用开关仍然是一个重要问题,不能一概以 “否 “来回答. 答案取决于各种参数.
根据 EN ISO 10218-2,哪些保护区实际上是协作空间,哪些不是?
协作机器人的风险评估确认了 ISO TS 规定的哪些安全功能始终处于激活状态?
- 速度和距离监控
- 个人注册
- 力和功率限制
- 安全等级监控停机
- 等等
根据 EN ISO 10218-1:2011,第 5.10 节,HRC 属于哪种类型?
- 安全等级和监控停机坪 (一旦有人类进入协作室,机器人就会立即停止)
- 手册指导: 通过传感器将人的动作转化为协作机器人的动作. 因此,机器人完全由人类控制. 这里通常使用 3 级使能开关.
- 速度和距离监控: 传感器随时监控人类与协作机器人之间的距离. 如果距离低于最小距离,机器人的速度就会降低,直到达到安全停止点.
- 力和功率限制: 固有的设计或控制系统可使人类和机器人并肩工作。 通过对各种参数的监控,可将风险降至最低,而这些参数可借助始终处于激活状态的各种安全功能进行动态调整. 这些参数基于风险评估,可将人与机器人之间可能发生的碰撞或接触力降低到安全水平. EN 10218:2011 中规定的 150 牛顿的最大允许接触力已不再有效. ISO TS 15066 附件 A 定义了身体区域模型,为 29 个身体区域定义了不同的疼痛阈值. 它们是风险评估的指导方针.
- 只有在 HRC 的变式 d) 中,专家们才使用了 “实际合作 “一词. 这是因为其他三种变体更像是一种和平共处. 人类和机器人在同一个区域,但只有其中一个在工作. 人类和协作机器人只有在涉及力量和功率限制时才能并肩或共同工作. 这就是 MRK. 的实际目标.
EN ISO 10218-2 部门 5.10.2
之后 EN ISO 10218-2 部门 5.10.2 (安全等级监控停机坪) 此类机器人在自动模式下仅受安全功能的限制. 因此,在实际操作中,用于计算碰撞力的力和压力测量往往在风险评估中被省略. 在这种情况下,与传统的围栏式工业机器人一样,也需要一个启用开关.
力和功率限制
对于带有 力和功率限制 如果风险评估考虑到了协作空间中的所有夹点、剪切点和碰撞可能性,则可以不使用启动开关. 风险评估结果还必须确定,所有计算值都不超过 ISO TS 15066 附件 A 中规定的每个体区的容许限度. 此外,在手动和自动操作中,确认的安全功能必须始终处于激活状态.
附录 A ISO TS 15066
对于符合 EN ISO 10218-2 第 5.10.2 节–“力和功率限制 “的协作应用,可以不使用启用开关. 做到这一点的前提条件是,首先,协作室内的每个人都必须 夹紧和碰撞选项 作为风险评估的一部分加以考虑,并确定 的附件 A 所规定的可容忍范围内。ISO TS 15066 其次,风险评估中确认的安全功能必须始终有效。
安全功能 & 工作区域 | 需要启用开关吗? |
机器人在带安全门的安全围栏内运行. 如果打开,机器人就会停止. | 是 |
机器人不在安全围栏内运行. 激光或台阶垫可探测到人,并中断机器人的运动. | 是 |
运动区分为普通区和协作区. | 是的,但仅限于正常区域,而不是在协作室内部 |
机器人在没有安全围栏的情况下运行,但对所有碰撞点以及夹点和剪切点都进行了评估,结果都在可承受的范围内. 此外,安全参数和安全功能始终处于激活状态. | 没有 |
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