臂端保護(hù)系統(tǒng) (EOAS) 可在工具區(qū)域?qū)崿F(xiàn)非接觸式的人機(jī)協(xié)作，保障人員安全

MICHAEL KASPAR

SICK AG 工業(yè)傳感產(chǎn)品經(jīng)理

在人與機(jī)器人協(xié)同作業(yè)的場(chǎng)景中，為避免人員受傷，必須采取特殊的安全措施。但這通常意味著不得不做出很多妥協(xié)，從而使得原本希望提升效率的協(xié)作解決方案反而變得沒(méi)有吸引力。現(xiàn)在，SICK帶來(lái)的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)有望改變這一現(xiàn)狀。

“非接觸”正是這項(xiàng)新技術(shù)的關(guān)鍵所在，也是SICK推出該人機(jī)協(xié)作(HRC) 安全解決方案在全球范圍內(nèi)具有創(chuàng)新意義的核心優(yōu)勢(shì)。“憑借EOAS，我們可以用全新的方式保障人機(jī)協(xié)作的安全性。”SICK工業(yè)傳感產(chǎn)品經(jīng)理Michael Kaspar表示。

先退一步來(lái)看傳統(tǒng)方法：目前，要保障人員在靠近機(jī)器人時(shí)的安全，主要依靠的是——“功率和性能限制”，這是許多協(xié)作機(jī)器人本身所內(nèi)置的基礎(chǔ)安全機(jī)制。配合合理的應(yīng)用設(shè)計(jì)，限制機(jī)器人在碰撞發(fā)生時(shí)的輸出功率，可以防止對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害（如瘀傷等）。然而，僅靠功率限制并不足以完全保障安全。接觸面積同樣是影響安全性的一個(gè)關(guān)鍵因素。假如接觸面積很小，比如工具或工件的銳角邊緣，即使功率很低，也可能產(chǎn)生超過(guò)人體某些區(qū)域（如手部、手臂等）容許的壓力限值，從而造成嚴(yán)重傷害。為降低這種風(fēng)險(xiǎn)，通常需要大幅降低機(jī)器人的運(yùn)行速度，并盡量避免工具和工件上存在小而尖銳的接觸部位。但這往往意味著應(yīng)用效率的降低和成本的提高，從而使失去了機(jī)協(xié)作的吸引力。

因此，很多企業(yè)最終放棄人機(jī)協(xié)作的解決方案，而是采用傳統(tǒng)方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行封閉式防護(hù)，比如使用防護(hù)欄或激光掃描儀。但這些方法不僅占用較大的車(chē)間空間，而且會(huì)頻繁觸發(fā)停機(jī)，嚴(yán)重影響產(chǎn)能。

而且“這些安全防護(hù)措施在實(shí)際應(yīng)用中，占用的安全空間往往遠(yuǎn)超其必要范圍，從而大幅增加了成本。” Michael Kaspar指出，“安全解決方案應(yīng)始終與具體應(yīng)用所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)相匹配。”然而，在此之前，適用于人機(jī)協(xié)作的合適安全解決方案一直處于空白狀態(tài)。“在很多情況下，這意味著相關(guān)項(xiàng)目無(wú)法按原計(jì)劃實(shí)施，導(dǎo)致某些流程環(huán)節(jié)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，或者大幅推高了自動(dòng)化的實(shí)施成本。”

SICK于2024年末推出的EOAS創(chuàng)新應(yīng)用專(zhuān)為解決這一難題而設(shè)計(jì)，有望徹底改變?nèi)藱C(jī)協(xié)作的格局。該裝置直接安裝于機(jī)械臂末端，能在機(jī)器人工具/工件區(qū)域下方生成一個(gè)錐形動(dòng)態(tài)保護(hù)區(qū)域。例如，如果操作人員的手進(jìn)入此保護(hù)區(qū)，系統(tǒng)會(huì)立刻檢測(cè)到并立即停止機(jī)器人動(dòng)作，從而在碰撞發(fā)生前就實(shí)現(xiàn)干預(yù)。這種非接觸式的安全防護(hù)機(jī)制是一項(xiàng)全新突破。EOAS的保護(hù)區(qū)域會(huì)隨著機(jī)器人運(yùn)動(dòng)而動(dòng)態(tài)調(diào)整，其尺寸設(shè)計(jì)精準(zhǔn)，僅在存在直接危險(xiǎn)時(shí)才會(huì)觸發(fā)機(jī)器人停止。換言之，EOAS是對(duì)機(jī)器人內(nèi)建的功率/性能限制機(jī)制的有力補(bǔ)充，填補(bǔ)了人機(jī)協(xié)作中長(zhǎng)期缺失的非接觸式安全功能。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不同，EOAS可在檢測(cè)到保護(hù)區(qū)域內(nèi)有物體時(shí)立即停止機(jī)器人動(dòng)作。一旦保護(hù)區(qū)重新清空，機(jī)器人便能自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

SICK與優(yōu)傲機(jī)器人 (Universal Robots) 密切合作，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了EOAS系統(tǒng)。雙方為此建立了新的接口，使EOAS能夠深度集成至機(jī)器人的操作系統(tǒng)中。因此，該系統(tǒng)可直接借助已有的安全控制器基礎(chǔ)架構(gòu)運(yùn)行，整體解決方案極為精簡(jiǎn)高效。目前，EOAS系統(tǒng)僅兼容優(yōu)傲的機(jī)器人，但未來(lái)將拓展至更多平臺(tái)。目前已有多家客戶(hù)正在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用測(cè)試。

EOAS的設(shè)置和操作十分簡(jiǎn)單直觀(guān)：用戶(hù)可通過(guò)專(zhuān)用APP (“EOAS URCAP”)和機(jī)器人自帶的示教面板 (Teach Panel) 快速完成配置與啟用。

不僅如此：EOAS還顯著簡(jiǎn)化了人機(jī)協(xié)作應(yīng)用的安全驗(yàn)證流程。雖然在可能發(fā)生碰撞的位置仍需進(jìn)行功率與壓力測(cè)試，以證明符合安全閾值，但由于系統(tǒng)內(nèi)置的保護(hù)區(qū)已涵蓋了大部分高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，測(cè)量點(diǎn)數(shù)量顯著減少，極大地簡(jiǎn)化了合規(guī)驗(yàn)證的過(guò)程。

當(dāng)然，EOAS還具有更多優(yōu)勢(shì)：1) 由于機(jī)器人在與人接觸之前就已經(jīng)停止動(dòng)作，因此相比那些僅依賴(lài)傳統(tǒng)功率和性能限制機(jī)制的應(yīng)用，采用EOAS的系統(tǒng)整體運(yùn)行速度通常更快；2) EOAS無(wú)需占用額外的安裝空間。

正如Michael Kaspar所言：“所有這些優(yōu)勢(shì)使得EOAS成為一個(gè)極具吸引力的安全解決方案，為真正實(shí)現(xiàn)廣泛的人機(jī)協(xié)作打開(kāi)了全新可能——不僅僅局限于某些特定場(chǎng)景，而是適用于整個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。”

只需三個(gè)步驟，即可完成直觀(guān)的安全配置：1) 設(shè)置IP地址；2) 定義保護(hù)區(qū)域的長(zhǎng)度；3) 訓(xùn)練驗(yàn)證點(diǎn)