רובוטים שיתופיים (cobot) מאפשרים אוטומציה יעילה של תהליכי ייצור אשר עד לאחרונה נחשבו לבלתי אפשריים לאוטומציה. בזכות שיתוף הפעולה הקרוב בין הרובוט לאדם, ניתן ליישם אפילו שלבי משנה גמישים ומורכבים עם פרודוקטיביות גבוהה. עם זאת, הדבר דורש פתרונות וקונספטים בטיחותיים דינמיים כדי להתגבר על האתגרים הקשורים להגנת האינטראקציה בין בני אדם
לרובוטים. בטיחות היא בראש סדר העדיפויות, במיוחד עבור שיתוף פעולה ישיר בין אדם לרובוט, (Human – robot collaboration = HRC) כלומר כאשר שניהם פעילים באותו מרחב עבודה
בו-זמנית. הפורטפוליו המקיף של חיישנים מבית SICK מציע פתרונות חדשניים וחכמים לכך עם טכנולוגיות חיישנים עבור פתרונות ויז’ן לרובוטים, בטיחות לרובוטים (Safe Roboitcs) פתרונות end of arm tooling , פתרונות position feedback – זיהוי מיקום. טכנולוגיות אלו נותנות מענה לחמשת האתגרים הגדולים ביותר של . HRC
מגזרי תעשייה רבים ניצבים יותר ויותר בפני דילמה: מצד אחד קיים מחסור בעובדים מיומנים, ומצד שני יש צורך בהרחבת כושר הייצור ותוך שיפור איכות הייצור. רבים טוענים כי רק הטמעת אוטומציה מלאה תעזור להתמודד עם אתגרים אלו , אך יש לתת את הדעת כי הטמעת אוטומציה מלאה כרוכה בתכנון מחדש שלם של כל התהליך ולכן בהרבה מהמקרים אינה מעשית, כלכלית או חסכונית. אוטומציה פרוגרסיבית של תהליכי משנה מציעה, במקרים מסוימים, פתרון לבעיה. הפתרון כרוך באוטומציה חלקית של עמדות עבודה ידניות באמצעות רובוטים שיתופיים (קובוטים), או בהפיכתן לעמדות עבודה היברידיות. הודות ליתרונות הרבים של אוטומציה חלקית, פיתוח פתרונות שיתוף פעולה בין אדם לרובוט צובר תאוצה נוספת. אך ככל שבני אדם ורובוטים עובדים קרוב יותר זה לזה, גם הדרישות לבטיחות משתנות.
המצב הנוכחי של שיתוף פעולה אדם-רובוט (HRC)
קובוטים (Cobots) חוללו מהפכה בשוק הרובוטים. הפשטות שבה ניתן לשלב ולתכנת אותם מאפשרת בדרך כלל יישום ללא בעיות של יישומי רובוטיקה. יחד עם זאת, הקובוטים בטוחים. בזכות פונקציות הבטיחות המשולבות בהם, כגון ניטור בטוח של כוח ומהירות ותכנון שיתופי של זרוע הרובוט ללא פינות או קצוות חדים, הם מתאימים באופן אידיאלי לשיתוף פעולה קרוב עם בני אדם. מה שכן מהווה בעיה, לעומת זאת, הוא אזור הכלי או חומר העבודה (workpiece) , אשר במקרים רבים אינו מוגן אוטומטית היטב על ידי אמצעי ההגנה המשולבים בקובוט. לא מעט בשל סיבה זו,
שיתוף פעולה אמיתי, בטוח, יעיל ופרודוקטיבי בין אדם לרובוט טרם זכה לאימוץ והטמעה נפוצים. כדי להפעיל יישומי HRC בצורה בטוחה, אסור לחרוג מערכי גבול מסוימים של לחץ בנקודות מעיכה פוטנציאליות. כאשר משטחי המגע קטנים, למשל בקצוות הכלי או חומר העבודה, ניתן לעמוד בערכי גבול אלה – אם בכלל – רק באמצעות הגבלה דרסטית של מהירות הרובוט. יישומי HRC הם, אם כן, לרוב אינם ניתנים ליישום יעיל ובטוח מספיק, ואינם פרודוקטיביים לתפעול. מפעילים רבים נרתעים מהגבלות אלה, מוותרים על היתרונות של HRC ומגנים על היישום בדרך המסורתית, למשל באמצעות גדרות או סורקי לייזר בטיחותיים. קיימת גם סוגיית הקבלה והאימוץ מצד המפעילים, כלומר אלה שעובדים בשיתוף פעולה הדוק עם הרובוטים על בסיס יומיומי. כל אמצעי ההגנה הזמינים כיום נכנסים לתוקף רק כאשר כבר התרחש מגע או מעיכה. ברור שבני אדם ירגישו אי-נוחות מכך ולא יבטחו באופן מלא ביישום הבטיחות.
חמישה אתגרים של שיתוף פעולה אדם-רובוט
עבור מומחי אוטומציה, יצרני מכונות, אינגרטורים ומפעילים, בניית אוטומציה של תהליכי עבודה בודדים מבוססת רובוטים היא חיונית כדי לשמור על תחרותיות. בחנו מקרוב את חמשת האתגרים הגדולים ביותר העולים בהקשר זה:
1. יישום רובוט צריך להיות פשוט, מהיר וחסכוני לבנייה. כדי להתאים רובוט במהירות יחסית לעמדות העבודה הידניות של ימינו, מומלץ לתת תשומת לב לפתרון הקובוטים: הם מותקנים במהירות, קלים לשימוש לאחר הדרכה קצרה, וגם עלות הרכישה שלהם נמוכה יחסית. קובוט, עם פונקציות הבטיחות המשולבות שלו והעיצוב הבטיחותי האינהרנטי שלו, גם עומד בתנאי הבסיס לשותפות שיתופית בין אדם לרובוט.
2. היישום השיתופי צריך להיות נגיש באופן חופשי ללא גדרות. מפעילים צריכים לעיתים קרובות לבדוק שלבי עבודה בודדים או את תוצאות העבודה, ואם יש צורך, להיות מסוגלים לבצע פעולות מתקנות מבלי שתהליך העבודה של הרובוט יופרע על ידי התקני ההגנה המסורתיים המשמשים לזיהוי נוכחות אנשים. זו הסיבה שרק שיתוף פעולה בלתי מוגבל בין אדם לרובוט יכול לפתוח
אפשרויות חדשות לתהליכי ייצור יעילים.
3. כיצד יישום ה- HRC משיג את הפרודוקטיביות והיעילות הנדרשת מצד אחד, ואת הפחתת הסיכון ההכרחית מצד שני? כדי להבטיח הגנה פרודוקטיבית של היישום השיתופי, נדרשים אמצעי בטיחות להגנת אנשים המתמקדים באזור המסוכן של הכלי ומאפשרים למזער את שדות ההגנה: א. הערכת סיכונים והנדסה בטוחה הפרודוקטיביות מתחילה בשלב ההנדסה: כדי לתכנן וליישם
את תפיסת הבטיחות ביעילות, יש לזהות, להעריך ולהפחית את הסיכונים הקשורים לאינטראקציה בין בני אדם לרובוטים באופן ממוקד עבור היישום הספציפי. ב. בטיחות מול זמינות תפעול פרודוקטיבי וללא הפרעות של הרובוט, על מנת, מצד אחד, להבטיח בטיחות בגישה של יישום שיתופי, ומצד שני, להשיג רמת פרודוקטיביות ההופכת את הפעלת הרובוט לכלכלית. ג. עלויות פתרון הבטיחות עלויות פתרון הבטיחות צריכות להיות בפרופורציה סבירה לעלויות היישום הכולל.
4. כיצד HRC משיג את הארגונומיה הרצויה במקום העבודה ואת הקבלה של בני האדם המשתפים פעולה? אמצעי הגנה קיימים ליישומים שיתופיים מבוססים על טכנולוגיות מבוססות מגע. אלה
מאפשרים יד או חלק גוף אחר של האדם להינגע או להימעך, כאשר הכוחות הנוצרים מנוטרים, ואם ערכי הגבול נחצים, מופעלת עצירה. הדבר עלול להוביל לבעיות קבלה פוטנציאליות אצל
המפעילים. לכן, יש ליישם את אמצעי ההגנה באמצעים ללא מגע
5. מתי HRC הוא כלכלי? כדי להיות מסוגל להפעיל את יישום הרובוט בצורה כלכלית, הוא חייב להיות יעיל ופרודוקטיבי בשימוש מבצעי – בשילוב עם אמצעי הפחתת הסיכון ההכרחיים. הכדאיות
הכלכלית מתחילה עוד לפני ההפעלה: עם בחירה של אמצעי הגנה מתאימים ויעילים המבטיחים את בטיחותם של אנשים מצד אחד ומתאימים לתקציב הפרויקט מבחינת עלויות רכישה וכן מאמצי אימות והפעלה מצד שני.
תמונה 1: הדמיה של שדה ההגנה של EOAS קרדיט: יצרן
תהליכי PRC חלקים באמצעות – End-of-Arm (EOAS) Safeguard
חברת SICK בחנה את האתגרים הללו ביסודיות ומציעה להם פתרון אופטימלי באמצעות טכנולוגיית .(End-of-Arm-Safeguard) EOAS טכנולוגית EOAS , שהיא הראשונה מסוגה
בעולם ופותחה בשיתוף עם Universal Robots (UR) , שומרת על האיזון בין פרודוקטיביות לבטיחות עבור יישומים שיתופיים. EOAS מותקן ישירות על אוגן הרובוט (robot flange)
ויוצר שדה הגנה בצורת קונוס סביב הכלי וחומר העבודה, ובכך מגן ביעילות על אזור זה. הרובוט נושא את החיישן ואת שדה ההגנה איתו באופן קבוע, כך שהתקן ההגנה ללא מגע פועל תמיד רק במקום שבו קיים סיכון מעיכה ממשי מצד הכלי וחומר העבודה.
כאשר שדה ההגנה של EOAS מופרע, הרובוט עוצר מיד את תנועתו בהתאם למצב. ברגע ששדה ההגנה שוב פנוי, הרובוט יכול לחדש אוטומטית את תנועתו. בניגוד ליישומי שיתוף פעולה אדם-רובוט המוגנים על בסיס פונקציית הגבלת הכוח והלחץ של הרובוט, רובוט עם EOAS משיג בדרך כלל מהירויות גבוהות יותר מכיוון שניתן ליישם פונקציות אלה בצורה שונה באזור הכלי בעת שימוש ב- EOAS.
אמצעי הגנה ללא מגע – יעיל וחסכוני
End-of-Arm-Safeguard מאפשר הגנה ללא מגע של יישומי שיתוף פעולה אדם- רובוט באזור הכלי. בשל שדה ההגנה הקטן, הוא מאפשר יישומי HRC חדשים ללא גדרות ולכן נגישים באופן פתוח: בני אדם יכולים לעבוד עם הקובוט באותו זמן ובאותו מרחב עבודה. הבטיחות מובטחת, הרובוט נעצר עוד לפני שנוצרות סיטואציות מעיכה באזור הכלי/חומר העבודה. לרוב אין עוד צורך בתופסנים שיתופיים מיוחדים, שינויים עיצוביים בסביבת הכלי (עיגול פינות/קצוות, שילוב כיסויי מגן, וכו’) או מהירויות זחילה איטיות ביותר של הקובוטים. בדיקות הוולידציה הנדרשות בהתאם לתקני
הבטיחות של אמצעי הבטיחות ליישומי HRC הופכות גם לקלות יותר באופן משמעותי מכיוון שבשימוש ב EOAS אין עוד צורך לאמת את הנקודות המסוכנות המוגנות באמצעות ה- EOAS ועל ידי
כך פטורים מהביצוע מדידות לחץ וכוח הגוזלות זמן. הדבר עשוי להוביל לחיסכון משמעותי בעלויות. לשדה ההגנה הקטן יחסית יש גם יתרון בכך שהוא אינו תופס אזורים פרודוקטיביים, ובכך תומך בשימוש החסכוני באולם הייצור.
תמונה 2: התראה באמצעות טבעת אור אדום בצד עצירת הרובוט קרדיט: יצרן
תמונה 3: תכנות פשוט דרך פאנל של הרובוט קרדיט: SICK AG
EOAS יוצר קבלה ואמון
EOAS מקים שדה הגנה מקומי סביב חומר העבודה והתופסן. בניגוד לאמצעי הגנה שהיו בשימוש קודם לכן המבוססים אך ורק על הגבלת כוח והספק של הקובוט, הדבר מבטיח שלא תתרחש עוד מעיכה. לפיכך, האדם יכול לנוע בחופשיות ובקלות בסמיכות מיידית לרובוט הפעיל ולשתף איתו פעולה באופן הדוק. בדרך זו, ה- EOAS מגביר את הקבלה של שיתוף הפעולה אדם- רובוט, יוצר אמון ומשפר את תנאי העבודה.
תכנות והתקנה אינטואיטיביות וכן הנדסה מהירה
עם EOAS , יש פתרון בטיחות חדש זמין המאפשר הפחתת סיכון ממוקדת ביישומי HRC – מבלי לחרוג מהנדרש. – End-of-Arm Safeguard מותקן ישירות על זרוע הרובוט, מוטמע במלואו במערכת הבטיחות של Universal Robots באמצעות ה EOAS Safety URCap , וניתן להגדיר אותו במהירות ובאופן אינטואיטיבי באמצעות תוסף . UR Teach מערכת plug and play אמיתית. מערכת EOAS מתוכננת כיום עבור יישומי Universal Robots ותהיה זמינה גם עבור מערכות אחרות בעתיד. ל- EOAS יש פוטנציאל להיות משנה כללים אמיתי בתחום הקובוטים. עם יתרונותיו הרבים, הוא מאפשר לתעשייה ליישם סוף סוף יישומי HRC בטוחים לא רק ביישומי נישה, אלא גם באופן גורף.
תמונת שער: שימוש ב EOAS בקו יצור של SICK
קרדיט: SICK AG
