Robotika · obsluha strojov v CNC dielňach
Priestor na nadýchnutie
Pracovisko s kobotom na obsluhu stroja, ktoré v každom riadiacom cykle znovu prepočíta bezpečnostný odstup a ukazuje, koľko dielov za zmenu stojí každá bezpečnostná stratégia.
Prehľad
Simulovaný kobot zakladá diely do CNC stroja z dvojpolohovej zásuvky na diely, zatiaľ čo operátor zásuvku vymieňa, kontroluje diely a pracuje pri ovládacom paneli stroja. V každom riadiacom cykle (10 ms) model zmeria vzdialenosť od najbližšieho sledovaného bodu človeka k najbližšiemu bodu robota a znovu vypočíta ochrannú separačnú vzdialenosť podľa vzorca ISO/TS 15066 pre monitorovanie rýchlosti a odstupu, s dobami a dráhami zastavenia, ktoré zverejnil výrobca kobota, podľa ktorého je model dimenzovaný. Robot ide najvyššou rýchlosťou, pri ktorej človek zostáva mimo tejto vzdialenosti, s rezervou na čas potrebný na spomalenie. Keď sa človek priblíži, robot spomalí a pracuje ďalej.
Nasimulovali sme jednu 8-hodinovú zmenu s 38 príchodmi operátora a na presne tých istých príchodoch sme porovnali dve stratégie. Prvou je pevná zóna zastavenia okolo celého priestoru, v ktorom sa robot pri svojej úlohe pohybuje, dimenzovaná podľa prístupu ISO 13855 (S = K·T + C). Druhou je plynulé škálovanie rýchlosti. S pevnou zónou robot zastavil pri každom príchode: 38 ochranných zastavení a 505 dielov. So škálovaním rýchlosti išiel robot 34 minút zmeny pomalšie, zastavil dvakrát, zakaždým pri rýchlom vystretí ramena, a vyrobil 530 dielov. Keď do pracoviska nikto nevstupuje, to isté pracovisko vyrobí 533.
Ide o plánovací výpočet, nie o posúdenie rizika, a nekontroloval ho žiadny špecialista na bezpečnosť strojov. Doba odozvy snímača, detekčná schopnosť a neistota merania sú uvedené predpoklady, nie hodnoty z katalógových listov, a príchody operátora sa riadia modelovaným harmonogramom. Iný čas obrábania, iné usporiadanie alebo iný snímač čísla posunie.
Čo sme vytvorili
- Výpočtové jadro pre monitorovanie rýchlosti a odstupu. V každom cykle nájde najbližšie body medzi sledovaným človekom (ruka, hrudník, boky) a kapsulovými modelmi článkov robota a vypočíta potrebnú vzdialenosť zo členov podľa ISO/TS 15066, so zverejnenými údajmi o zastavení interpolovanými podľa rýchlosti.
- Porovnávacia zóna zastavenia: statické pole okolo obalu priestoru, ktorý robot pri úlohe prejde, dimenzované podľa S = K·T + C, s automatickým opätovným rozbehom jednu sekundu po uvoľnení poľa.
- Model pracoviska: rameno kobota so zverejnenými dĺžkami článkov a rýchlosťami kĺbov (zjednodušené na štyri osi), cyklus CNC stroja (45 s obrábania, dvere, výmena dielu v skľučovadle), program robota a harmonogram operátora s výmenami zásuvky, kontrolami dielov a prácou pri ovládacom paneli.
- 3D film vyrenderovaný snímku po snímke z výstupu výpočtového jadra. Kótovacia čiara, potrebná vzdialenosť a korekcia rýchlosti (speed override) na obrazovke sú vypočítané hodnoty, nie animácia.
Technológie
Python (NumPy) pre model a simulovanú zmenu · three.js pre 3D scénu · headless Chromium (Playwright) a ffmpeg na snímanie videa s presnosťou na snímku.
Čísla
| Číslo | Ako sme ho zmerali |
|---|---|
| 1 282 mm | potrebný odstup pri plnej rýchlosti. Vypočítaný modelom zo zverejnených údajov výrobcu o zastavení (najhorší prípad z troch hlavných kĺbov, maximálne užitočné zaťaženie, plné vystretie) a z našich uvedených predpokladov o snímači. |
| 530 vs. 505 dielov | za jednu simulovanú 8-hodinovú zmenu: škálovanie rýchlosti vs. pevná zóna zastavenia, pri tých istých 38 príchodoch operátora. Bez príchodov to isté pracovisko vyrobí 533. |
| 2 vs. 38 ochranných zastavení | v tej istej zmene. |
Údaje o zastavení: Universal Robots UR10e User Manual (e-Series, software 5.6), Appendix A, „Stopping Time and Stopping Distance“. Vzorec pre odstup podľa ISO/TS 15066:2016; dimenzovanie zóny zastavenia podľa prístupu ISO 13855.
