Handgeführte kollaborative Roboter: Sicherheitsstandards erklärt

Es gibt vier Methoden für den kollaborativen Roboterbetrieb (Cobot), die in der Sicherheitsnorm RIA 15.06-2012 definiert sind, und jede hat ihren Platz in Fertigungsoperationen. Von den vieren scheint Handführung die geringste Aufmerksamkeit zu erhalten. In der Sicherheitsnorm definiert Abschnitt 5.10 (Anforderungen an kollaborativen Betrieb) die Voraussetzungen für das Funktionieren von Robotern im kollaborativen Betrieb als Einhaltung einer oder mehrerer der folgenden:

• 5.10.2 Sicherheitsüberwachter Stopp

• 5.10.3 Handführung

• 5.10.4 Geschwindigkeits- und Trennüberwachung

• 5.10.5 Leistungs- und Kraftbegrenzung durch inhärentes Design oder Steuerung

Handführung besagt lediglich, dass die Ausrüstung – beispielsweise ein Handführungsgriff – in der Nähe des Endeffektors oder Robotwerkzeugs positioniert wird und sowohl einen Not-Aus als auch ein Freigabegerät hat (denken Sie an einen Totmannschalter wie bei einem Teach Pendant). Viele Automatisierungsnutzer betrachten Handführung einfach als „Lead-Through-Teach“, also die Fähigkeit, den Roboter frei zu bewegen, um Punkte oder Pfade in der Operation zu lehren. Das ist eine gängige Meinung, aber Lead-Through-Teaching ist nur die Spitze des Eisbergs in der Vielzahl von Anwendungen, die mit Handführung verbessert werden können.

Eine weitere gängige Ansicht ist, dass Handführungsanwendungen für größere Reichweiten oder höhere Nutzlasten begrenzt sind, weil es nicht viele große Cobots gibt. Obwohl es wahr ist, dass die meisten leistungs- und kraftbegrenzenden kollaborativen Roboter die sehr großen Anwendungen nicht bewältigen können, ist es wichtig zu verstehen, dass die meisten Roboter für kollaborative Anwendungen genutzt werden können.

Im Kern von kollaborativen Robotern oder kollaborativem Betrieb steht Kollaboration – gemeinsam mit anderen arbeiten. Kollaboration mit einem Roboter wird häufig als Hand-in-Hand-Arbeit mit dem Roboter zur Aufgabenerledigung verstanden. Im Kern ist Handführung ein Bediener, der den Roboter von Hand bewegt oder führt – eine Form des kollaborativen Betriebs, die der wahren Bedeutung von Kollaboration am nächsten kommt.

Beachten Sie, dass die effizienteste Nutzung kollaborativer Roboter dadurch erreicht wird, dass Bediener und Roboter bei Bedarf interagieren und jeweils ihre individuellen Aufgaben in ihrem eigenen Arbeitsbereich erledigen. Das ist nicht viel anders als einen Arbeitsplatz mit einer anderen Person zu teilen. Bei der Integration von Werkzeugen zur Unterstützung von Bedienern sollten die Geräte Effizienz steigern und Stress oder Belastung verringern. Wenn Sie ständig nach Ihrem Partner greifen oder sich um ihn bewegen müssen, sei es ein Mensch oder ein Roboter, wäre der gesamte Prozess weniger effizient. Es ist besser, die Aufgabe als Ganzes und die Lösung, die Sie erreichen wollen, genau zu betrachten, um die beste Passform für einen kollaborativen Roboter zu finden.

Flexibilität und Funktionalität

Laut Abschnitt 5.10.3 der RIA 15.06-2012 Sicherheitsstandards benötigt Handführungsausrüstung einen Not-Aus und einen Freigabeschalter. In Fällen, in denen Handführung an einem Roboter verwendet wird, der die Anforderungen für leistungs- und kraftbegrenzenden kollaborativen Betrieb erfüllt, sind Not-Aus und Freigabeschalter möglicherweise nicht notwendig. Aus diesen Gründen hilft es wirklich, wenn es mehrere Handführungsoptionen gibt. FANUC bietet zwei Arten von Handführungsgriffen an: einer enthält die notwendige integrierte Sicherheit für Standardroboter und der andere ist kabellos und funktioniert mit der CR-Serie leistungs- und kraftbegrenzender Roboter. Wenn ein Produkt viele funktionale Optionen hat, ist das wie ein gut sortierter Werkzeugkasten – Sie brauchen vielleicht nicht alle Werkzeuge die ganze Zeit, aber sie verfügbar zu haben, wenn nötig, kann Nutzern helfen, schnell Hindernisse zu umgehen.

Punktbasiertes Lehren

Beim punktbasierten Lehren bewegt der Nutzer den Roboter mit dem Handführungsgriff zu einer Position und drückt dann den Lehrknopf, um den Punkt aufzuzeichnen. Der Nutzer führt den Roboter weiter zur nächsten Position und zeichnet den Punkt auf. Das Wiederholen dieses Prozesses kann schnell ein vollständiges Bewegungsprogramm für die gesamte Anwendung erzeugen. Punktbasiertes Lehren ist ein intuitiver Prozess, der besonders einfach für diejenigen ist, die noch nie einen Roboter benutzt oder programmiert haben.

Pfadbasiertes Lehren

Bei einigen Prozessen ist die Aufzeichnung der vollständigen Pfadbewegung des Roboters erforderlich. Diese Methode gilt für Anwendungen wie Schleifen oder Polieren über eine komplexe Konturoberfläche, wenn es essenziell ist, einen glatten Pfad zu haben, der einer Form folgt. Die Handführungssoftware ist so eingerichtet, dass sie Positionen während der Roboterbewegung automatisch aufzeichnet, die dann den vollständigen Pfad präzise wiedergeben. Der Bediener drückt einfach den Lehrknopf gedrückt und bewegt den Roboter entlang des Pfads. Während sich der Roboter bewegt, werden Positionen in voreingestellten Intervallen erzeugt. Sobald die Bewegung abgeschlossen ist und der Knopf losgelassen wird, wird der Pfad im Programm erzeugt. Falls Feinabstimmung nötig ist, kann jede Position individuell modifiziert werden, um den perfekten Pfad zu erreichen.

Eine weitere Funktion des Handführungsgriffs ist ein Knopf zur Steuerung des Werkzeugs. Jeder Druck auf den Knopf schaltet den Zustand des Werkzeugs um. Dies ist besonders nützlich in robotischen Anwendungen, bei denen ein Bediener ein Teil von einem Ort zum anderen bewegen muss. Programme sind verfügbar, um die Greiferfunktion in den Pick- oder Drop-Zonen zu begrenzen, um zu verhindern, dass der Bediener das Teil versehentlich außerhalb der vorgegebenen Zonen loslässt.

Einige Anwendungen erfordern möglicherweise langsamere, präzisere Roboterbewegungen in kritischen Bereichen. Ein Knopf ist enthalten, der die Bewegung des Roboters unter Handführungssteuerung automatisch auf eine niedrigere Geschwindigkeit ändert, um eine bessere Kontrolle der Roboterposition zu ermöglichen. In anderen Situationen ist es möglicherweise am besten, die Roboterbewegung nur auf lineare Bewegung zu beschränken, ohne Rotation des Werkzeugs zuzulassen. Ein Knopf ist enthalten, um das Bewegungsprofil von rotatorischer Artikulation auf nur lineare Bewegung umzuschalten.

Am größeren kabelgebundenen Handführungsprodukt ist ein zusätzlicher Knopf enthalten, um Anwendungen zu programmieren, die ultimative Prozesskontrolle und Flexibilität erfordern, wie mehrstufige Operationen oder wenn lokale Sicherheitsvorschriften einen Zwei-Hand-Betrieb des Roboters erfordern. Oft wird dieser zusätzliche Knopf verwendet, um das Ende des Handführungsanteils der Anwendung anzuzeigen und es dem Roboter zu erlauben, in den individuellen autonomen Modus zurückzukehren, sobald die notwendigen Sicherheitsanforderungen erfüllt sind (z. B. der Bediener den kollaborativen Raum verlässt).

Handführungsanwendungen

Nun, da wir wissen, was Handführung als kollaborativer Betrieb ist und all die Funktionen, die mit dem Produkt verfügbar sind, wie nutzen Unternehmen dieses Produkt? Wie bereits erwähnt, ist es oft am besten, Handführungsanwendungen nach Aufgaben zu trennen.

Anwendungsbeispiel 1

Diese Anwendung hat einen Bediener, der ein manuelles Hebehilfsgerät verwendet, um Teile in eine Montagestation zu laden, die in den Rest der Linie einspeist. Der Bediener geht das Hebehilfsgerät zum Teilegestell und nimmt das Teil, dann geht er das Teil zur Montagestation und lädt es in die Vorrichtung. Sobald das Teil an Ort und Stelle ist, bewegt der Bediener das Hebehilfsgerät aus dem Weg, damit es nicht mit dem Rest der Operation interferiert. Statt automatisch einen Handführungsroboter als direkten Ersatz für die Hebehilfe hinzuzufügen, lassen Sie uns die Funktionen der Anwendung separat untersuchen.

Teil 1 ist ein autonomer Roboterbetrieb, der den Roboter erfordert, ein Teil aus einem Gestell zu nehmen und es zum Bediener zu bringen. Das Einrichten eines Lichtgitters zwischen Roboter und Bediener ermöglicht es dem Roboter, im Automatikmodus sicher zu laufen, wenn es gemäß Risikobewertung richtig konfiguriert ist. Dies erlaubt dem Roboter, den Bediener zu entlasten, indem er den repetitiven und schweren Hebeteil des Prozesses übernimmt.

Teil 2 beginnt, sobald der Roboter das Teil nimmt und es zum Lichtgitter bringt. An diesem Punkt greift der Bediener durch das Lichtgitter, was den Roboter in einen sicherheitsüberwachten Nullgeschwindigkeitscheck versetzt. Sobald der Freigabeschalter aktiviert ist, ist die Roboterbewegung unter Kontrolle des Bedieners, der sie dann in den Montagebereich führt, wo das Teil in die Vorrichtung geladen wird. Sobald das Teil freigegeben ist, führt der Bediener den Roboter zurück durch das Lichtgitter.

Wenn der Freigabeschalter losgelassen wird, kehrt der Roboter zum sicherheitsüberwachten Nullgeschwindigkeitscheck zurück, bis das Lichtgitter freigegeben ist. Der Roboter kann dann den Automatikmodus fortsetzen und zum Teilegestell für das nächste Teil zurückkehren. Der Bediener führt den Montagebetrieb aus und sendet das Teil dann die Linie hinunter zur nächsten Station. Da der Bediener nicht manuell Teile vom Teilegestell holen muss, wird seine Zeit frei für zusätzliche wertschöpfende Arbeit.

Die Zeitersparnis könnte ausreichen, um die Anzahl der Montagestationen in der Linie zu reduzieren, da der Bediener zusätzliche Arbeit innerhalb der Taktzeit der ersten Station ausführen kann. Auch wird der Bediener am Ende der Schicht weniger müde sein, weil er nicht für jeden Teilezyklus zwischen der ersten Station und dem Teilegestell laufen muss.

Anwendungsbeispiel 2

Dieses Beispiel betrifft eine bestehende kollaborative Schweißinspektionsstation. Dieses Safety Rated Monitor Stop System bringt der Roboter einen geschweißten Rahmen in einen geteilten Arbeitsbereich. Sobald der Roboter stoppt, betritt der Schweißinspektor den geteilten Raum und inspiziert die Schweißnaht. Wenn Schweißnachen nachgearbeitet werden müssen, ist das Teil möglicherweise nicht im idealen Winkel zum Schweißen. Statt einen Techniker zu verlangen, in die Zelle zu gehen und den Roboter zu joggen, wird Handführung verwendet. Der Handführungsgriff wird an einer für den Schweißinspektor günstigen Position am Werkzeug befestigt.

Die Aktivierung der Handführung ermöglicht es, das Teil einfach in die richtige Position für Schweißnacharbeiten zu bewegen. Dies erlaubt dem Inspektor auch, mehrere Seiten des Teils zu betrachten, indem er es manuell mit dem Handführungsgriff bewegt. Diese Anwendung integriert nun zwei Arten kollaborativen Betriebs und ist ein Beispiel dafür, wie mehrere Arten kollaborativen Betriebs zusammen konstruiert werden können, um die ideale Fertigungslösung zu bieten.

Anwendungsbeispiel 3

Ein guter Starter/DIY-Anwendung beinhaltet die Nutzung von Handführung, um einen Visionsprozess zu vereinfachen, bei dem Teilstile oder Tabletts manuell gewechselt werden. Das System-Setup erfordert zunächst, dass der Bediener ein Tablett mit Teilen auf einen Tisch legt. Der Roboter nutzt Vision, um das Tablett und das erste Teil zu finden, und beginnt dann den Prozess.

Wenn sich Teiltabletts ändern, muss die Betrachtungsposition des Roboters angepasst werden. Handführung kann den Bediener davon entlasten, den Roboter in den Teach-Modus versetzen zu müssen, um „Vision Find“-Änderungen am Teach Pendant vorzunehmen. Sobald diese Funktion vorprogrammiert ist, kann der Bediener nötige Änderungen mit dem Handführungswerkzeug vornehmen. Der zusätzliche Prozessknopf am Handführungswerkzeug signalisiert, dass der Bediener den Roboter von Hand zu einer neuen „Vision Find“-Position bewegt hat. Der Roboter nutzt dann die neue Position, die mit Handführung gelehrt wurde, bis zum nächsten Teiltablett-Wechsel.

Für neue Nutzer oder Do-it-yourselfer ist diese Methode extrem einfach im Vergleich zur Modifikation eines Roboterprogramms und spart wertvolle Zeit.

Anwendungsbeispiel 4

Viele High-Mix/Low-Volume-Schweißereien leiden unter einem Mangel an ausgebildeten und qualifizierten Schweißern. Die Hinzufügung von Handführung zu einem Lichtbogenschweißroboter ermöglicht es einem Bediener mit grundlegendem Schweißwissen, Programme für ihre Kleinserienteile einfach zu lehren. Der Bediener nutzt Handführung, um das Schweißbrenner zu bewegen, sodass der Draht in der richtigen Position für die Schweißnaht ist. Die Knöpfe an der Handführungshardware bieten eine einfache Benutzeroberfläche, die es leicht macht, ein ganzes Programm für jedes Teil zu erstellen. Der Bediener kann dann den Roboter das Teil schweißen lassen, während er zur nächsten Schweißstation geht.

Roboter-Handführung entlastet den Schweißer davon, im Joggen und Programmieren des Roboters mit dem Teach Pendant versiert zu sein. Indem der Schweißer den Roboter schnell und einfach programmieren kann, ist er in der Lage, die Produktion an mehreren Stationen mit hohem Teilemix am Laufen zu halten.

Da immer mehr kleine bis mittelständische Hersteller Roboter implementieren, um eine Vielzahl von Anwendungen und Prozessen zu bewältigen, werden Handführungs-Werkzeuge und -Techniken weiterhin an Funktionalität gewinnen und noch einfacher zu bedienen werden.

Dieser Artikel wurde von FANUC America Corp., Rochester Hills, MI, beigetragen. Für weitere Informationen besuchen Sie hier .