سیستم های مدرن ربات صنعتی به زیرساخت های پیچیده تر متکی هستند تا از توانایی های هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) در حال تکامل مداوم پشتیبانی کنند، اتصال یکپارچه,این سیستم ها نیاز به سنسورها، سخت افزار امنیتی، محافظت از مدارها و قطعات کنترل دارند تا نیازهای پهنای باند بالا را برآورده کنند.پاسخ در زمان واقعی، و استانداردهای ایمنی عملکردی سختگیرانه.
این مقاله فناوری های اساسی را که از فناوری ربات های صنعت ۴.۰ پشتیبانی می کنند، با تمرکز بر سنسورهای SICK، راه حل های ایمنی،و چگونه اجزای کنترل صنعتی ایتون کمک به دستیابی به کنترل حرکت امنموضوع های خاص بحث شامل عوامل اصلی محرک اتوماسیون هوشمند انعطاف پذیر، مانند معماری ادراک،انطباق امنیت ماشین، استراتژی های کنترل تحمل خطا و ادغام شبکه های اتوماسیون توزیع شده.
سیستم سنجش پیشرفته برای محیط پویا کارخانه
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، ربات های صنعت 4.0 از طریق سنسورهای پیشرفته به عملکرد ایمن و کارآمد در کارگاه های کارخانه دست یافته اند.اگرچه در شرایط سخت مانند تغییر مداوم نور کار می کنند، وجود ذرات در هوا، و لرزش های مکانیکی، این سنسورها هنوز هم باید بتوانند به سرعت داده های زمان واقعی را پردازش کنند تا با دقت پرسنل، روبات های متحرک،و خطوط مونتاژ سریع.
بازوي رباتيکي چند محور صنعت ۴.۰
شکل ۱: بازوی رباتیک چند محور صنعت ۴.۰ از حسگرهای یکپارچه و بازخورد در زمان واقعی برای دستیابی به عملکرد دقیق و سریع استفاده می کند.
پلتفرم ربات چند حالت سنسور را برای اطمینان از درک فضایی و پاسخ به سطح میلی ثانیه ای ادغام می کند.الگوریتم همجوشی حسگر این اطلاعات ورودی را با هم جمع می کند تا یک مدل منسجم در زمان واقعی از محیط عملیاتی ربات تولید کند. سيستم بصري بررسي اجسام و موقعيت گيري را کنترل مي کند، در حالي که اسکنر ليزري سطح امنيت، نزديک شدن غير مجاز در داخل منطقه محدود را نظارت مي کند.سنسورهای زمان پرواز با تأخیر کم داده های فضایی سه بعدی را ضبط می کنند، امکان تنظیم مسیر در زمان واقعی و رفتار آگاه از زمینه.
ربات ها همچنین به سنسورهای داخلی و سنسورهای تماس برای بهبود کنترل حرکت و تعامل متکی هستند.می تواند بازخورد برای گرفتن، مونتاژ و وظایف انطباق. سنسورهای نزدیک سازی، ظرفیت و فوق صوتی می توانند اشیاء نزدیک را بدون تماس تشخیص دهند و فاصله تشخیص آنها معمولاً کوتاه تر از سیستم های ToF است.رمزگذاری کننده ها و پتانسیومترها موقعیت و سرعت مفاصل را برای برنامه ریزی دقیق حرکت ردیابی می کنند، در حالی که واحدهای اندازه گیری بی وقفه (IMU) سرعت و سرعت زاویه ای را برای حفظ جهت و تعادل اندازه گیری می کنند.حسگرهای الکتریکی کنترل جریان و ولتاژ را برای ارزیابی بار موتور و تشخیص خرابی ها انجام می دهند.
ایمنی ربات های صنعتی مبتنی بر استاندارد
ربات های صنعت ۴.۰ باید با استانداردهای ایمنی بین المللی سختگیرانه برای حفاظت از ایمنی پرسنل و تجهیزات مطابقت داشته باشند. سه استاندارد اصلی، ISO 13849, IEC 62061 و ISO 10218,مشخص کردن الزامات ایمنی سیستم های عملکردی و کنترل برای سیستم های رباتیک کارگاه کارخانه.
ایزو 13849 استانداردهای طراحی و اعتباربخشی اجزای کنترل مربوط به ایمنی را مشخص می کند.این استاندارد یک رویکرد مبتنی بر ریسک را اتخاذ می کند و از سطوح عملکرد (PL) برای طبقه بندی یکپارچگی سیستم بر اساس شدت خطرات استفاده می کند.، فرکانس قرار گرفتن در معرض و سناریوهای اجتناب احتمالی. IEC 62061 کاهش خطر مورد نیاز را برای ایمنی عملکردی دستگاه های الکتریکی، الکترونیکی،و سیستم های کنترل قابل برنامه ریزی با استفاده از سطح ایمنی (SIL)این استانداردها به طور کلی الزامات طراحی، پیاده سازی و اعتباربخشی برای عملکردهای ادراک و کنترل در برنامه های امنیتی حیاتی را مشخص می کنند.
استاندارد ISO 10218 این اصول را به طور خاص برای روبات های صنعتی اعمال می کند و الزامات ایمنی برای طراحی روبات، طرح واحد کار، ادغام سیستم و عملیات را پوشش می دهد.این شامل استفاده از سنسورهای درجه ایمنی برای انجام وظایف مانند توقف اضطراری است.، حفاظت و نظارت بر حرکت. این اجزای باید به آستانه های عملکرد و قابلیت اطمینان مشخص شده پاسخ دهند و معمولاً از طریق آزمایشات و اعتبار سنجی ساختاری نشان داده می شوند.
استانداردهای ISO 13849, IEC 62061 و ISO 10218 هسته ای استانداردهای ایمنی روبات ها را تشکیل می دهند.از جمله استاندارد ایمنی برق IEC 60204-1 و استاندارد همکاری انسان و ماشین ISO/TS 15066، چارچوب اساسی برای استقرار و ادغام ایمنی را گسترش داده اند.
سیستم امنیتی یکپارچه برای همکاری انسان و ماشین
اپراتور کارخانه راه حل های امنیتی از تامین کنندگان مانند SICK و Eaton را برای برآورده کردن استانداردهای عملکردی و ایمنی ماشین استفاده می کند.سیستم EFI Pro ایمن SICK از سنسورهای یکپارچه استفاده می کند، کنترل کننده ها و محرک ها برای پشتیبانی از کنترل در زمان واقعی از توابع ایمنی برای هر دو ربات ثابت و متحرک.اسکنر لیزری ایمنی microScan، می تواند تشخیص حرکت سازگار و موقعیت وابسته را در محیط های پویا انجام دهد.
اسکنر لیزری ایمنی SICK microScan3
شکل ۲: اسکنر لیزری ایمنی microScan3 SICK می تواند مناطق محافظت شده را نظارت کند و به طور پویا حرکت را تشخیص دهد و از حفاظت سازگار در محیط های صنعتی پشتیبانی کند.
اپراتورها همچنین می توانند از سیستم حفاظت از پایان بازو (EOAS) SICK برای حفظ یک منطقه محافظت پویا در اطراف سر ابزار ربات استفاده کنند.EOAS از تکنولوژی ToF برای دستیابی به همکاری بدون تماس انسان-ماشین با زمان پاسخ کمتر از 110 میلی ثانیه استفاده می کند.
به عنوان مکمل این سیستم های خودکار، SICK همچنین قطعات امنیتی دستی و محیطی را فراهم می کند.اپراتور می تواند به سرعت دستگاه را با استفاده از سوئیچ توقف اضطراری ES21 در صورت اضطراری خاموش کند. سوئیچ ایمنی بدون تماس STR1 فناوری RFID را برای دستیابی به ضد دستکاری و نظارت محافظتی، پشتیبانی از کدگذاری پیشرفته و مطابق با استاندارد EN ISO 14119 اتخاذ می کند.