GO BEYOND. Discovery #5
人與機械人在共用的工作範圍內開展協作，正受到前所未有的重視。在工業界，正進一步流行使用不含防護欄且結構尺寸盡可能小的機械人工作間的趨勢。其中，應盡可能簡單、但不讓步地將機械人整合至人工操作步驟。現在，KUKA聯合SICK與Blue Danube Robotics提供了一套整體解決方案，將極高的生產效率與最新的協作型應用安全標準相互結合起來。
人與KUKA機械人開展高效且安全的協作
Jun 23, 2021
要想滿足不斷增大的對人機協作的需求，就要運用具有創造性的想法及可以實踐的解決方案。其中，絕對不能少了傳統工業機械人工作間的一些優勢，如：速度、量測準確度、生產效率高、使用壽命長。此外，機械人的載重能力也起到了重要作用，而目前為止這一點在現有的人機協作中受到了極大限制。
協作型機械人無法滿足工業界的這些高要求，因為其工作時的速度與載重能力比工業機械人低得多。在連接性與整合方式方面，現有設備也很快顯露出了不足。因此，現在，KUKA聯合SICK與Blue Danube Robotics提供了一套整體解決方案，將極高的生產效率與最新的協作型應用安全標準相互結合起來。其中，主要是在載重能力高達數百千克的情況下，保證機械人與人之間開展安全協作。機械人控制器與KUKA工藝程式包Safe-Operation使所有元件能夠順利協同運作。
有一個應用範例是在應用中先手動組裝各個裝置，接著由機械人進行目視檢查。其中，機械人工作間可以設計為不含防護欄，並且隨時可以接近機械人或開展直接協作。SICK的microScan3安全區域雷射掃描器能夠可靠防止這種緊密的團隊合作出現危險——從而確保人與機械人之間的協作安全又高效。
sBot Speed CIP安全系統
SICK提供的KUKA專用系統型號sBot Speed CIP將microScan3與Flexi Soft安全控制器及EFI-pro閘道器組合在一起。此安全系統已經過驗證，能夠安全地同步監控多個防護區域，另外檢測可能進入防護區域後方的人員。已預配置好機械人專用的設定與通訊參數，並且藉助EtherNet/IP™ CIP Safety™可將其快速安全地整合至KUKA KRC4機械人控制器。這在安全理念的專案設定與評估中將節省寶貴時間。
三區安全理念
microScan3可持續監控機械人工作間，並將工作範圍劃分為三個區域。如果危險區域（綠色區域）內沒有人，機械人可以達到最高2 m/s的直缐速度。而類似的協作型機械人最多可以達到1 m/s的速度。如果有人接近機械人，從而來到了橙色區域，機械人的速度就會降低，以便符合根據ISO TS15066標準進行的風險評估所提的要求。橙色區域是檢測區域，用作緩衝區，這樣機械人就能將速度降低到必要的程度。一旦進入黃色區域，就會啟動對已降低速度的安全監控。如果超出了規定速度，機械人就將按照EN 60204標準以安全停止1（在軌跡附近急停）停止。如果人重新離開了雷射掃描器的橙色與黃色區域，從而在危險區域內沒有人，機械人就將自主加速至程式設計的速度。
智慧皮膚防止受傷
當員工位於機械人附近時，機械人會以受監控的低速移動。人與機械人發生接觸時，AIRSKIN的感測系統同樣會觸發安全停止1。AIRSKIN由專門根據機械人調整的氣囊組成，氣囊中的壓力持續受到監控。發生接觸時，氣墊凹陷會使內部壓力產生變化，並啟動AIRSKIN。觸發後，員工必須確認機械人能否繼續工作。完成確認後，機械人可在程式的任一位置重新開始其中斷的工作。此外，整合式LED指示燈還將向操作人員顯示AIRSKIN的狀態。
KUKA.SafeOperation
SafeOperation工藝程式包是各個安全元件之間的介面。它負責處理安全介面的信號，監控機械人運動，並且還提供了其他安全功能。其中主要包括定義安全的監控空間、安全監控速度，以及定期進行零點復歸。利用這些附加功能，可以在整個運作過程中監控工具的位置，並在機械人失靈時使其安全停止。發生故障或超出空間邊界時，為了能足夠快地停止機械人運動，必須確保煞車處於正常狀態。這可以透過自動化煞車測試予以確認。它是周期性檢查馬達的煞車力矩是否足夠大，能否在必要時確保機械人安全停止。
KUKA.Handguiding及ready2_pilot
為使工業機械人與人之間的操作盡可能實用且高效，可使用KUKA.Handguiding備選軟體包。此控制包能夠以非常方便使用的方式對工業機械人進行無缐手動引導。透過一個安裝在機械人上的6D鼠標進行控制，它可以對運動點進行程式設計，並記錄運動序列。由此，可以用簡單直觀的方式移動KUKA工業機械人。使用此軟體包既不需要對員工開展培訓，也不需要花時間對其進行入門指導。
系統結構
為了能夠確保順利運作，還需要協調元件之間的通訊。其中，透過安全現場匯流排（如EtherCat/FSoE、EtherNet/IP/CIP Safety或PROFINET/PROFIsafe）將SICK安全系統（microScan3安全區域雷射掃描器 + Flexi Soft安全控制器）連接至機械人控制器。AIRSKIN透過雙通道連接至安全控制器的安全輸入。
結論：實現協作型機械人的極高生產效率
由工業機械人、AIRSKIN及SICK安全系統組成的這個整體套件能夠實現在極高生產效率下打造協作型機械人的要求。其優勢一目瞭然：
- 取消防護欄，從而減少佔地面積
- 人與機械人在任何情況下開展安全協作
- 透過使用工業機械人與元件提高生產效率與品質
- 可針對3～250 kg的整個載重能力範圍擴展方案
在此過程中，KUKA憑藉在工業界常年纍積的豐富經驗，保證生產的可靠性。此外，KUKA與Blue Danube Robotics開展的合作還涵蓋了不同工業機械人的豐富產品組合，包括AIRSKIN。產品不僅有載重能力為3 kg的微型機械人，甚至還有載重能力達250 kg的機械人。這種選擇的多樣性可以在機械人輔助自動化領域實現各種不同的應用。
*照片版權所有：KUKA CEE GmbH
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