Robotyka · Obsługa obrabiarek w zakładach obróbki CNC
Przestrzeń na oddech
Gniazdo z cobotem do obsługi obrabiarki, które w każdym cyklu sterowania na nowo oblicza odległość bezpieczeństwa i pokazuje, ile każda strategia bezpieczeństwa kosztuje w detalach na zmianę.
Przegląd
Symulowany cobot ładuje obrabiarkę CNC z dwupozycyjnej szuflady na detale, podczas gdy operator wymienia szufladę, sprawdza detale i pracuje przy panelu sterowania maszyny. W każdym cyklu sterowania trwającym 10 ms model mierzy odległość od najbliższego śledzonego punktu człowieka do najbliższego punktu robota i na nowo oblicza ochronną odległość separacji według wzoru monitorowania prędkości i separacji z ISO/TS 15066, korzystając z czasów i dróg zatrzymania opublikowanych przez producenta cobota, na którym wzorowano wymiary modelu. Robot pracuje z najwyższą prędkością, przy której człowiek pozostaje poza tą odległością, z zapasem na czas potrzebny do zwolnienia. Gdy człowiek się zbliża, robot zwalnia i pracuje dalej.
Przeprowadziliśmy jedną symulowaną 8-godzinną zmianę z 38 wizytami operatora i porównaliśmy dwie strategie na dokładnie tych samych wizytach. Pierwsza to stała strefa zatrzymania obejmująca cały obszar, w którym robot porusza się podczas zadania, wymiarowana zgodnie z podejściem ISO 13855 (S = K·T + C). Druga to ciągłe skalowanie prędkości. Przy stałej strefie każda wizyta zatrzymywała robota: 38 zatrzymań ochronnych i 505 detali. Przy skalowaniu prędkości robot przez 34 minuty zmiany pracował wolniej, zatrzymał się dwa razy – za każdym razem podczas szybkiego ruchu sięgania – i wykonał 530 detali. Gdy nikt nie wchodzi, to samo gniazdo wykonuje 533.
To obliczenie planistyczne, a nie ocena ryzyka, i nie sprawdzał go żaden inżynier ds. bezpieczeństwa. Czas reakcji czujnika, zdolność wykrywania i niepewność pomiaru to podane przez nas założenia, a nie wartości z kart katalogowych, a wizyty operatora odbywają się według zamodelowanego harmonogramu. Inny czas obróbki, układ lub czujnik zmienia te liczby.
Co zbudowaliśmy
- Silnik monitorowania prędkości i separacji. W każdym cyklu znajduje najbliższe punkty między śledzonym człowiekiem (dłoń, klatka piersiowa, biodra) a modelami członów robota w postaci kapsuł i oblicza wymaganą odległość ze składników wzoru ISO/TS 15066, interpolując opublikowane dane o zatrzymaniu względem prędkości.
- Wariant odniesienia ze strefą zatrzymania: statyczne pole ochronne wokół obwiedni przestrzeni omiatanej przez robota podczas zadania, wymiarowane według S = K·T + C, z automatycznym wznowieniem pracy sekundę po opróżnieniu pola.
- Model gniazda: ramię cobota o opublikowanych długościach członów i prędkościach przegubów (uproszczone do czterech osi), cykl obrabiarki CNC (45 s obróbki, drzwi, wymiana detalu w uchwycie), program robota oraz harmonogram operatora obejmujący wymiany szuflad, kontrole detali i pracę przy panelu sterowania.
- Film 3D renderowany klatka po klatce z wyników silnika. Linia wymiarowa, wymagana odległość i override prędkości widoczne na ekranie to wartości obliczone, a nie animacja.
Technologie
Python (NumPy) do modelu i symulowanej zmiany · three.js do sceny 3D · Chromium w trybie headless (Playwright) i ffmpeg do przechwytywania wideo z dokładnością do klatki.
W liczbach
| Wartość | Jak to zmierzyliśmy |
|---|---|
| 1 282 mm | wymaganej odległości separacji przy pełnej prędkości. Obliczone przez model na podstawie opublikowanych przez producenta danych o zatrzymaniu (najgorszy przypadek z trzech głównych przegubów, maksymalny udźwig, pełne wysunięcie) oraz podanych przez nas założeń dotyczących czujników. |
| 530 wobec 505 detali | w jednej symulowanej 8-godzinnej zmianie: skalowanie prędkości wobec stałej strefy zatrzymania, przy tych samych 38 wizytach operatora. Bez wizyt to samo gniazdo wykonuje 533. |
| 2 wobec 38 zatrzymań ochronnych | w tej samej zmianie. |
Dane o zatrzymaniu: Universal Robots UR10e User Manual (e-Series, software 5.6), Appendix A, „Stopping Time and Stopping Distance”. Wzór na separację według ISO/TS 15066:2016; wymiarowanie strefy zatrzymania zgodnie z podejściem ISO 13855.