Zatímco klasické průmyslové roboty uzavřené v bezpečnostních klecích mohou pracovat na plný výkon bez ohledu na dění v okolí, jejich kolaborativní kolegové musejí neustále monitorovat dění ve svém okolí a brát ohledy na to, že se v jejich blízkosti pohybují, nebo dokonce s nimi spolupracují lidé, a nesměji nikoho ohrozit.
Mozkem (semi)kolaborativního, ale i klasického průmyslového robotu je řídicí jednotka neboli kontrolér, která má na starosti všechny pracovní činnosti od pohybu až po bezpečnost. Ta například vysílá povely pro mechanické jednotky a přijímá zpětnou vazbu od pohonů, řídí všechny bezpečnostní prvky robotu, hlídá obvody zapnutí motorů a aktivně sleduje zóny, ve kterých se robot nachází. Veškeré tyto procesy, včetně dalších simultánně běžících, zajišťují zabezpečení pracovního prostředí robotu umístěného ve výrobní lince, kde se vedle manipulátorů nacházejí i lidé.
To je důležité zejména pro pracoviště se semikolaborativními roboty, což jsou (obvykle menší) klasická průmyslová ramena, která však mají navíc nějaký kolaborativní paket. Ten může zahrnovat například skener, optické bariéry a další prvky připojené k safety PLC [safety programmable logic controller — bezpečnostní programovatelný logický automat — pozn. red.] či bezpečnostní relé, které je současně propojeno s řídicí jednotkou robotu. A právě přes toto bezpečnostní rozhraní je umožněna semikolaborativní úroveň.
Znamená to, že takový robot nemusí být v oplocence a člověk může vstoupit do jeho pracovního prostoru. Robot se totiž v ten moment díky bezpečnostním prvkům zpomalí nebo úplně zastaví, a i když program dále běží a motory jsou zapnuté, operátor může zkontrolovat výrobní proces. Jakmile operátor z pracovního prostoru odejde, stroj znovu automaticky zrychlí.
„Komunikační protokol robotu by se dal rozdělit na silnoproudou a slaboproudou část. Silnoproudá má na starosti napájení motorů, brzd a celkově udržení stabilního napájení jak pohonů, tak i řídicích obvodů uvnitř manipulátoru. U části slaboproudé jde o zpětnovazební informace o tom, kde a v jaké pozici se robot nachází,“ vysvětluje mi v Aplikačním centru svařování a dělení materiálu společnosti ABB ve Vestci u Prahy Tomáš Brojír, obchodní zástupce pro koncové zákazníky a systémové integrátory a doplňuje, že tento princip je stejný i u klasických průmyslových i plně kolaborativních robotů, které mají navíc ještě senzory síly a krouticího momentu, z nichž také proudí informace do kontroléru.
„SAFETY“ PRVKY JAKO CESTA K DÍLČÍ KOLABORATIVNOSTI
Plně kolaborativní roboty s kolaborativní aplikací jsou již ze své podstaty pro člověka bezpečné a při dodržení standardních opatření na pracovišti nehrozí při spolupráci žádné zranění. Ramena jsou zaoblená, obložená měkkým materiálem, pohybují se rychlostí do zhruba 2 m/s a nástroje za přírubou musí splňovat kolaborativní parametry podle standardů ISO či EN.
„V okamžiku jemné kolize se rameno zastaví, ztuhne a na servech čeká na to, až jej člověk pomocí ovladače znovu spustí. Pak se vrátí na svou původní dráhu a pokračuje v programu. Pokud však zaznamená větší kolizi, což může být třeba nehoda v podobě skřípnutí ruky uchopovačem, silová část se okamžitě odpojí, rameno zůstane stát jen na brzdách a současně dojde k uvolnění zápěstí robotu, tedy k povolení stisku nástroje robotu,“ pokračuje Tomáš Brojír s tím, že pokud se taková událost stane, člověk si z ní odnese jemný otlak na kůži, ale jinak nic.
Oproti tomu semikolaborativní roboty pracují při větších rychlostech, nástroje nemusí splňovat bezpečnostní standardy a konstrukce ramene odpovídá běžným průmyslovým robotům. To znamená, že mají střižné a řezné hrany a při nechtěném kontaktu, typicky při nesprávné manipulaci s ramenem, může dojít ke skřípnutí ruky a vážnému poranění.
„Tyto roboty musí sledovat své okolí pomocí skenerů, optických senzorů a dalších bezpečnostních prvků. Jedná se o stavové hodnoty povětšinou binárního charakteru, tedy s logickou hodnotu 0 či 1, popřípadě může jít o spojité, tedy analogové hodnoty. Řízení obsahuje i softwarovou stránku bezpečnosti, založenou na přesné znalosti pozice manipulátoru, přičemž tuto polohu systém neustále monitoruje a následně predikuje pozici robotu v reálném čase.“
Znamená to, že se robot na lince hýbe při práci na 100 % své rychlosti. Když se člověk přiblíží do žluté zóny, rychlost se automaticky sníží kupříkladu na 250 mm/s, což představuje bezpečnou rychlost i při manuálním ovládání. A pokud operátor postoupí za hranici bezpečnostní zóny, robot pohyb zcela zastaví. Pak je možné například zkontrolovat vyrobený díl a podobně. Pokud by tento způsob zastavení selhal, bezpečnostní PLC automaticky aktivuje nouzové zastavení, tzv. emergency stop, které okamžitě vypne motory všech zařízení na lince. Nouzové vypnutí lze vyvolat i samostatným tlačítkem, přičemž také v tomto případě zareagují všechna robotická ramena a ostatní zařízení. Brzdná dráha při takovém zastavení musí odpovídat normám ISO či EN.
„Pokud se bude robot pohybovat rychlostí 100 mm/s, tak než od tlačítka pohlédnete zpět na rameno, už bude dávno stát. U velkých průmyslových, plně zatížených robotů se při maximální rychlosti může jednat ještě o nějaké stupně, které manipulátor urazí, než se zastaví. Počítáno na vzdálenost může jít i o desítky centimetrů,“ říká dále a dodává, že veškeré tyto parametry jsou součástí analýzy rizik, která se musí zohlednit už při prvotním designu pracoviště. Tato analýza se samozřejmě zpracovává i při zavádění kolaborativních robotů a platí stejná pravidla. Musí se v ní definovat rizika a určit, zda se dají eliminovat.
„Některá rizika ale nelze odstranit ani hardwarovým a ani softwarovým zásahem, protože by se v ten moment zcela vyrušila podstata kolaborativních robotů. Jsou to zbytková rizika, která se eliminují jinými opatřeními, například používáním ochranných pomůcek, jako jsou rukavice či brýle. Na správný návrh pracoviště se musí myslet dvojnásob v momentě, kdy aplikace vyžaduje použití nekolaborativního nástroje na kolaborativním ramenu. Pak je třeba robot oddělit od operátora například dílčím plexisklem, případně jinou ochranou.“
PREDIKTIVNÍ ÚDRŽBA ZVYŠUJE BEZPEČNOST
Centrum ve Vestci u Prahy slouží kromě vývoje a testování konkrétních aplikací pro zákazníky také jako školicí centrum pro operátory výroby. Mohla jsem se tak podívat na to, jakým způsobem roboty na různých úrovních kolaborace pracují v provozu a co všechno dokážou.
„Školíme zde operátory v režimu 1 : 1, takže v průběhu práce na dodávce robotů či celého zařízení zákazníkovi zaučujeme zaměstnance a ti pak mohou po instalaci pracoviště rovnou začít pracovat,“ vysvětluje dále Tomáš Brojír.
Kromě tréninkových svařovacích boxů je v centru také demonstrátor služeb ABB Ability Connected Services, což je speciální aplikace pro správu dat z výroby, která umožňuje mimo jiné i automatické zálohování do cloudového úložiště. Například u plně kolaborativních ramen se sbírají a odesílají data o pohybu robotu, z čehož se následně vyhodnocují jeho pracovní a prostojové časy či vytížení jednotlivých os. Dále se analyzují údaje z měřicí karty a údaje z řízení robotu, tedy například o krouticích momentech motorů, o jejich napájecím proudu, o rozsahu, který daná osa vykonala.
To jsou informace důležité pro preventivní a zejména prediktivní údržbu. Oddělení údržby či správa robotického parku totiž v softwaru vidí všechny připojené jednotky a má detailní přehled o „zdravotním“ stavu každého jednotlivého robotu.
„Z praxe vyplývá, že prediktivní údržba má jednoznačně pozitivní vliv na stav mechanické jednotky i řízení robotu a je o to přínosnější, pokud se jedná o kolaborativní robot. Protože ten na jednom pracovišti kooperuje s operátory a musí tak být v bezvadné kondici. Podle ukazatelů opotřebení se predikují rizika, kterým lze předcházet včasným servisním zásahem. Tento typ údržby proto zaručuje kromě plynulého provozu zařízení i odstranění potenciálních rizik způsobených opotřebenými prvky.“
Softwarové rozhraní kromě analýzy stavu robotů umožňuje vytvořit řízeně či na vyžádání preventivní zálohu programů a nastavení systému, která se dá uchovávat v cloudu, a v případě potřeby pak lze vytvořit přímou obnovu dat. „Není tedy třeba chodit od ramene k rameni a přes USB klíč stahovat jednotlivé zálohy, popřípadě do kontrolérů složitě zálohované programy a nastavení nahrávat,“ říká na závěr Tomáš Brojír z ABB.