Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


Op weg naar Robot Safety

Dovnload 33.73 Kb.

Op weg naar Robot Safety



Datum05.12.2018
Grootte33.73 Kb.

Dovnload 33.73 Kb.

Achtergrondinformatie

Mens-robot-samenwerkingen vereisen bijzondere aandacht op het gebied van veiligheid

Op weg naar Robot Safety


Ostfildern, juni 2017 – Jarenlang bewandelden mens en robot om veiligheidsredenen gescheiden wegen. Tegenwoordig zijn productiviteitsstijgingen en demografische veranderingen met een toenemend aantal oudere werknemers een reden om het potentieel van mens-robot-samenwerkingen te vergroten. Wanneer mens en robot echter een werkruimte delen, dan speelt het thema veiligheid een belangrijke rol. In de praktijk betekent dit dat elke toepassing veiligheidstechnisch moet worden beoordeeld.
In de jaren 50 luidde de Amerikaan George Devol met zijn patentaanvraag voor 'een geprogrammeerde doorgifte van artikelen' het tijdperk van de industriële robots in. In 1961 werd met de Unimate bij General Motors voor het eerst een robot ingezet in de productie. Om een goede bescherming van werknemers te garanderen, moesten mens en machine strikt van elkaar gescheiden blijven. De robot diende ter vervanging van menselijke arbeid en bleef in een afgesloten gebied voor het uitvoeren van zijn taken. Gescheiden werkruimtes en het ontbreken van directe interactie tussen mens en machine: deze principes bleven meer dan 50 jaar onveranderd. De wens dat mens en robot net als bij sciencefiction één werk- en leefruimte zouden delen, kon niet in vervulling gaan met deze robottoepassingen.
Een nieuw tijdperk in de robotica

Met een nieuw type robots, de zogenaamde cobots, moet hier verandering in komen. De naam cobot is een combinatie van de woorden 'collaboration' (samenwerking) en 'robot'. In tegenstelling tot het gescheiden van elkaar werken, delen bij een mens-robot-samenwerking (MRS) mens en robot één werkruimte. Zo worden de sterke punten resp. voordelen van de machine, zoals betrouwbaarheid, uithoudingsvermogen en herhalingsnauwkeurigheid gecombineerd met de sterkte punten van mensen, zoals behendigheid, flexibiliteit en besluitvaardigheid. Bij dergelijke mens-robot-samenwerkingen overlappen de werkruimtes van mens en robot zowel qua ruimte als in tijd. Voor MRS worden lichte robots gebruikt die een last van ongeveer 10 kg kunnen verplaatsen. Als servicerobots moeten ze mensen ondersteunen bij lichamelijk zware of monotone werkzaamheden. Typische toepassingsgebieden zijn 'pick and place'-toepassingen, de handling tussen verschillende productiefasen of 'follow-the-line'-toepassingen waarbij de robot een voorgeschreven traject exact moet uitvoeren (bijvoorbeeld bij het namaken van een profiel of lijmwerkzaamheden).


Botsingen niet (meer) uitgesloten

MRS-toepassingen stellen nieuwe eisen aan de veiligheid. Een belangrijke onderscheidende factor tussen 'traditionele' omheinde robottoepassingen en MRS is dat botsingen tussen machine en mens een reëel scenario kunnen zijn. Dit mag echter niet tot lichamelijk letsel leiden. Voorwaarden voor probleemloos samenwerken zijn enerzijds betrouwbaardere besturingen en intelligente, dynamische sensoren op de robot zelf. De robot voelt dus wanneer er een botsing plaatsvindt. Anderzijds moeten door normatieve bepalingen betrouwbare veiligheidsnormen worden vastgelegd. Daarbij is een belangrijke rol weggelegd voor de dit voorjaar gepubliceerde technische specificatie ISO/TS 15066 'Robots and Robotic Devices - Collaborative industrial robots'. Met deze technische specificatie kunnen na een relevante beoordeling veilige mens-robot-samenwerkingen worden gerealiseerd.


In de ISO/TS15066 zijn vier vormen van samenwerking als beschermingsprincipes nauwkeuriger beschreven:

  • Veiligheidsgerichte, bewaakte stilstand

  • Handmatige besturing

  • Snelheids- en afstandsbewaking

  • Vermogens- en krachtbeperking

Bij de realisatie van een veilige mens-robot-samenwerking (MRS) kan de systeemintegrator een enkele of een combinatie van deze 'samenwerkingsvormen' kiezen voor zijn applicatie.

Deze technische specificatie is bovendien de eerste norm die in de bijlage A gedetailleerde informatie geeft over pijngrenswaarden voor verschillende lichaamsdelen. Deze waarden vormen de basis om de toepassing te kunnen realiseren met een 'vermogens- en krachtbegrenzing'.
In de praktijk zien we dat met ISO/TS15066 mens-robot-samenwerkingen vaak worden gerealiseerd door middel van een combinatie van een 'snelheids- en afstandsbewaking' en een 'vermogens- en krachtbegrenzing'. Er zijn echter ook nog altijd robottoepassingen die niet zonder omheining kunnen functioneren. Redenen hiervoor zijn bijvoorbeeld zeer puntige of scherpe gereedschappen of werkstukken, of wanneer voor een proces zeer hoge krachten of snelheden zijn vereist.
In de bijlage van de technische specificatie ISO/TS 15066 is een model met lichaamszones opgenomen. Hierbij is bij elk lichaamsdeel (bijvoorbeeld voor hoofd, hand, arm of been) een waarde vermeld met betrekking tot de grenswaarden voor botsingen. Wanneer de toepassing bij een confrontatie tussen mens en robot binnen deze grenzen blijft, dan wordt aan de norm voldaan. Deze pijngrenswaarden worden in de praktijk toegepast voor het valideren van een veilige MRS. Voor het meten van krachten en snelheden heeft Pilz een apparaat ontwikkeld dat botskrachten meet en dat in de auto-industrie reeds met succes wordt toegepast. Door middel van veren en speciale sensoren kunnen de op het menselijk lichaam inwerkende krachten bij een botsing met een robot exact worden geregistreerd, door middel van software worden beoordeeld en met de waarden uit de ISO/TS 15066 worden vergeleken.
Als lid van deze internationale standaardisatieorganisatie heeft Pilz met robotfabrikanten, integrators, keuringsinstanties (officiële instanties) en andere automatiseringsbedrijven actief meegewerkt aan de realisatie van deze baanbrekende norm voor mens-robot-samenwerkingen in industriële omgevingen.


Sensormodulen voor veilige robots

Bij de technische realisatie van robottoepassingen spelen veilige sensoren een belangrijke rol. Om voor alle toepassingen de veiligheid te kunnen garanderen, is een modulair sensorsysteem noodzakelijk.


Wanneer tussenkomst van de mens in het productieproces principieel niet nodig of niet gewenst is, worden machines en installaties voorzien van ruimtelijke afscheidingen. Voor dergelijke robotcellen geldt dat deze over het algemeen alleen worden betreden voor onderhoudswerkzaamheden. Voor de toegang zijn hekken geschikt die vervolgens moeten worden beveiligd met hekbewakingssensoren: wanneer een hek wordt geopend, wordt dit door de sensor herkend en genereert deze een uitschakelsignaal voor een veilige machinebesturing.
Afhankelijk van de vereisten, de inbouwsituatie en toepassingsspecifieke randvoorwaarden worden verschillende activeringsprincipes en constructies gebruikt. Contactloos werkende, veilige magnetische sensoren vormen bij verborgen inbouw een uiterst economische oplossing, terwijl veilige op RFID gebaseerde sensoren (zoals de veiligheidsschakelaar PSENcode) een maximale montagevrijheid mogelijk maken en optimale manipulatiebestendigheid garanderen.
Wanneer veiligheidsvoorzieningen, bijvoorbeeld door ruimtegebrek, dichtbij een gevaarlijke beweging moeten worden geplaatst, bestaat het gevaar op risicovolle overschrijdingen. In deze gevallen is het gebruik van een veilige vergrendeling absoluut noodzakelijk. Mechanische vergrendelingen met veerkrachtvergrendeling zoals bijvoorbeeld PSENmech of geïntegreerde, veilige deursystemen zoals PSENsgate, PSENmlock en PSENslock worden hiervoor toegepast. Voor al deze technische sensorprincipes bestaan verschillende apparaatuitvoeringen, zodat vrijwel alle denkbare bewakingsscenario's kunnen worden gerealiseerd.
Op het gebied van door robots ondersteunde automotive-industrie worden bijvoorbeeld gecodeerde PSENcode veiligheidsschakelaars van Pilz toegepast. Deze veiligheidsschakelaars kunnen met slechts één sensor tot maar liefst drie posities bewaken. Toepassingsgebieden zijn hierbij de plaatsen waar mens en robot samenkomen, en waar ook handmatige handelingen nodig zijn, zoals bij het toevoeren en uitnemen van plaatwerkdelen binnen de met hekken omheinde robotcellen.

Bij robotapplicaties waarbij bijvoorbeeld een menselijke controle, het plaatsen van onderdelen of een nabewerking noodzakelijk is, worden eveneens vaak contactloos werkende veiligheidsvoorzieningen zoals veiligheidslichtschermen gebruikt als toegangsbeveiliging.


Daarnaast kan het noodzakelijk zijn om een veiligheidsafscherming aan te brengen in de vorm van horizontaal geïnstalleerde veiligheidslichtschermen. In veel gevallen hebben veiligheidsschakelmatten de voorkeur omdat de optische systemen bijvoorbeeld door procesafhankelijke randvoorwaarden zoals stof, rook, nevel of dampen slecht kunnen worden toegepast.
Wanneer mens en robot een gemeenschappelijke werkruimte delen, dan wordt geprobeerd de veiligheid van de toepassing te waarborgen door middel van veiligheidscomponenten en -functies in of gekoppeld aan de robot. Zo worden veilige bewegingsfuncties met omgevingssensoren in de robot bijvoorbeeld gecombineerd met geïntegreerde momentbewaking in de robot of met tastsensoren rondom de robot. De bewegingen bij dit type robotapplicaties zijn daarbij over het algemeen aanzienlijk langzamer dan bij volledig geautomatiseerde toepassingen. Dergelijke veiligheidsvoorzieningen zijn vandaag de dag realiteit wanneer het gaat om ondersteunende robotica in combinatie met mens-robot-samenwerking, en afhankelijk van andere veiligheidseisen kunnen hiermee ook applicaties worden gerealiseerd.
Gevarenvrije ruimte – dynamisch beveiligd

Bij mens-robot-samenwerkingen met robots die zwaarder kunnen worden belast hebben de genoemde veiligheidsconcepten hun grenzen bereikt, en zijn andere concepten nodig. Hierbij is een duidelijk meer gefaseerde benadering van gebeurtenissen noodzakelijk. Zo moet bijvoorbeeld onderscheid worden gemaakt of een persoon zich in het potentiële werkingsgebied bevindt van een gevaarlijke beweging (waarschuwingsruimte) of dat deze persoon reeds een zone met verhoogde veiligheidseisen heeft betreden (beveiligde ruimte). Idealiter moeten deze ruimten dynamisch kunnen worden aangepast en bijvoorbeeld worden afgestemd op de veilig gecontroleerde bewegingen van de machine of een robot. Zo kunnen in deze omgeving mens-robot-samenwerkingen worden gerealiseerd waarbij statische veiligheidsvoorzieningen te beperkt zouden zijn.


Nieuwe op camera's gebaseerde processen zijn in staat beveiligde zones en ruimten multidimensionaal veilig te bewaken, zoals het 3D-camerasysteem SafetyEYE bijvoorbeeld een veilige ruimtebewaking garandeert. Dergelijke sensorsystemen bieden dankzij het 3D-werkingsprincipe nieuwe mogelijkheden voor het vormgeven van toepassingen. Bovendien kan de indeling van beveiligde ruimten bij elke processtap opnieuw worden aangepast.
Verdere ontwikkelingen op dit gebied zijn afhankelijk van de eisen van de toekomstige applicaties: een combinatie van een veilige robot met een veilig 3D-camerasysteem met een meer intensieve communicatie kan verschillende, strikt van elkaar gescheiden processtappen met elkaar doen versmelten en optimaliseren. De veilige robot kent zijn veilige positie, zijn veilige snelheid en zijn veilige bewegingsrichting. Het veilige camerasysteem kent de positie van objecten (mensen) in de omgeving van de actieradius van de robot. In plaats van compromisloos uitschakelen kan het complete systeem in de toekomst aanzienlijk meer flexibel reageren, onnodige stilstandtijden voorkomen en zo de productiviteit van de installatie verbeteren.
De CE-certificering vormt het sluitstuk

De wetgever verplicht, net als in andere sectoren, de fabrikant van een robotapplicatie tot het uitvoeren van een conformiteitsbeoordeling met CE-certificering. Het aanbrengen van de CE-markering bevestigt dat de robotapplicatie voldoet aan alle noodzakelijke veiligheids- en gezondheidseisen. De uitdaging van de hieraan ten grondslag liggende 'risicobeoordeling' bij robotapplicaties zit in het feit dat de grenzen van de werkgebieden van mens en machine vervagen. Naast de gevaren die van de robot uitgaan, moet rekening worden gehouden met de bewegingen van de mens. Deze zijn echter niet altijd voorspelbaar wat betreft snelheid, reflexen of het plotseling toetreden van extra personen.

De volgende stappen zijn 'veiligheidsconcept' en 'veiligheidsdesign', inclusief de keuze van de componenten. Dit is meestal een combinatie van intelligente sensoren die met elkaar zijn verbonden, en besturingen die de noodzakelijke dynamische arbeidsprocessen mogelijk maken. Aansluitend worden de geselecteerde veiligheidsmaatregelen gedocumenteerd in de risicobeoordeling en gerealiseerd in de stap 'systeemintegratie'. Daarna volgt de 'validering' waarbij de voorafgaande stappen nogmaals onder de loep worden genomen.
Er bestaat geen speciale veilige robot of één bepaalde veilige sensor die geschikt is voor alle mogelijke situaties met betrekking tot de veiligheid van toepassingen. De eisen die aan de veiligheidstechniek worden gesteld, zijn afhankelijk van de betreffende toepassing. Veilige robotcellen ontstaan pas wanneer het geheel van robot, gereedschap en werkstuk wordt bekeken in combinatie met de bijbehorende machines zoals transporttechniek. In de praktijk betekent dat, dat elke toepassing een eigen veiligheidstechnische beoordeling vereist.
(Kenmerk: 13.121)
Pilz GmbH & Co. KG

Pilz is met wereldwijd meer dan 2.200 medewerkers een internationaal opererende technologieleider op het gebied van automatiseringstechniek. Op dit gebied ontwikkelt Pilz zich consequent tot totaalaanbieder met oplossingen voor de veiligheids- en besturingstechniek. Naast het hoofdkantoor in Duitsland is Pilz met 40 dochterondernemingen en vestigingen op alle continenten vertegenwoordigd.

Tot de producten behoren sensoren, elektronische bewakingsrelais, automatiseringsoplossingen met Motion Control, veiligheidsrelais, programmeerbare besturingssystemen en het terrein van bediening en visualisering. Voor industriële netwerkkoppelingen zijn er veilige bussystemen, Ethernet-systemen en industriële radiosystemen beschikbaar.

Oplossingen van Pilz worden in alle segmenten van de machine- en installatiebouw toegepast, waaronder in de verpakkings- en auto-industrie en in de branches windenergie, transport en persen. De oplossingen zorgen er bovendien voor dat bagagetransportsystemen op luchthavens veilig werken, dat theatercoulissen soepel bewegen en dat kabel- of achtbanen veilig zijn. Pilz biedt bovendien een omvangrijk serviceprogramma met een veelzijdig trainingsaanbod. Met veiligheidsadvies en engineering wordt daarnaast een deskundige, allround dienstverlening geboden.


Contact voor journalisten:

Martin Kurth Sabine Karrer
Bedrijfs- en vakpers Vakpers
Telefoon: +49 711 3409-158 Telefoon: +49 711 3409-7009
E-mail: m.kurth@pilz.de E-mail: s.skaletz-karrer@pilz.de


  • Op weg naar Robot Safety
  • Een nieuw tijdperk in de robotica
  • Botsingen niet (meer) uitgesloten
  • Sensormodulen voor veilige robots
  • Gevarenvrije ruimte – dynamisch beveiligd
  • De CE-certificering vormt het sluitstuk
  • Pilz GmbH Co. KG
  • Contact voor journalisten: Martin Kurth Sabine Karrer

  • Dovnload 33.73 Kb.