Робототехніка · обслуговування верстатів у цехах із ЧПК
Особистий простір
Комірка обслуговування верстата з коботом, яка перераховує безпечну відстань у кожному циклі керування й показує, скільки деталей за зміну коштує кожна стратегія безпеки.
Огляд
Змодельований кобот завантажує верстат із ЧПК із двопозиційного висувного лотка для деталей, поки оператор міняє лоток, перевіряє деталі й працює за пультом керування верстата. У кожному циклі керування тривалістю 10 ms модель вимірює відстань від найближчої відстежуваної точки людини до найближчої точки робота й перераховує захисну відстань розділення за формулою контролю швидкості й відстані з ISO/TS 15066, використовуючи час і шлях зупинки, опубліковані виробником кобота, за параметрами якого побудовано модель. Робот рухається з найбільшою швидкістю, за якої людина залишається поза цією відстанню, із запасом на час гальмування. Коли людина наближається, робот сповільнюється й продовжує працювати.
Ми змоделювали одну 8-годинну зміну з 38 підходами оператора й порівняли дві стратегії на абсолютно тих самих підходах. Перша — фіксована зона зупинки навколо всієї області, де робот рухається під час виконання завдання, розрахована за підходом ISO 13855 (S = K·T + C). Друга — безперервне регулювання швидкості. З фіксованою зоною кожен підхід зупиняв робота: 38 захисних зупинок і 505 деталей. З регулюванням швидкості робот 34 хвилини зміни працював повільніше, зупинився двічі — обидва рази під час швидкого витягування руки — і виготовив 530 деталей. Якщо ніхто не заходить, та сама комірка виготовляє 533.
Це розрахунок для планування, а не оцінка ризиків, і жоден інженер з безпеки його не перевіряв. Час реакції сенсора, його здатність виявлення й невизначеність вимірювань — це вказані нами припущення, а не значення з технічних характеристик, а підходи оператора відповідають змодельованому розкладу. Інший час обробки, інше планування чи інший сенсор змінять ці числа.
Що ми створили
- Модуль контролю швидкості й відстані. У кожному циклі він знаходить найближчі точки між відстежуваною людиною (кисть, груди, стегна) і капсульними моделями ланок робота та обчислює потрібну відстань за членами формули ISO/TS 15066, інтерполюючи опубліковані дані про зупинку за швидкістю.
- Базовий варіант із зоною зупинки: статичне поле навколо простору, який робот охоплює під час завдання, розраховане як S = K·T + C, з автоматичним перезапуском через одну секунду після того, як поле звільниться.
- Модель комірки: рука кобота з опублікованими довжинами ланок і швидкостями в шарнірах (спрощена до чотирьох осей), цикл верстата з ЧПК (45 s різання, двері, заміна заготовки в патроні), програма робота й розклад оператора: заміни лотка, перевірки деталей і робота за пультом керування.
- 3D-фільм, відрендерений кадр за кадром із результатів модуля. Розмірна лінія, потрібна відстань і корекція швидкості на екрані — це обчислені значення, а не анімація.
Стек технологій
Python (NumPy) для моделі та змодельованої зміни · three.js для 3D-сцени · headless Chromium (Playwright) і ffmpeg для покадрово точного захоплення відео.
Цифри
| Показник | Як ми це виміряли |
|---|---|
| 1 282 mm | потрібна відстань розділення на повній швидкості. Обчислено моделлю з опублікованих виробником даних про зупинку (найгірший випадок із трьох основних шарнірів, максимальне корисне навантаження, повне витягування) з урахуванням указаних нами припущень щодо сенсора. |
| 530 проти 505 деталей | за одну змодельовану 8-годинну зміну: регулювання швидкості проти фіксованої зони зупинки, на тих самих 38 підходах оператора. Без підходів та сама комірка виготовляє 533. |
| 2 проти 38 захисних зупинок | за ту саму зміну. |
Дані про зупинку: Universal Robots UR10e User Manual (e-Series, software 5.6), Appendix A, «Stopping Time and Stopping Distance». Формула відстані розділення — за ISO/TS 15066:2016; розмір зони зупинки — за підходом ISO 13855.
