为什么金属制造商应该专注于应用，而不是协作机器人
四个协作机器人在一个专用的隔间内焊接，由焊接帘隔开（照片中未显示），并与焊枪内置的排烟装置集成在一起。优傲机器人/Vectis 自动化协作机器人或协作机器人已经开始渗透到金属制造市场。随着每次FABTECH展会，更多的协作机器人出现在更多的展位上，拾取和放置，焊接，甚至操作折弯机。可能性似乎无穷无尽。也就是说，展会上的许多应用程序也有一些与协作机器人无关的东西：至少是某种保护。
协作机器人可能看起来没有威胁性，甚至很可爱，但这并不意味着它们在任何情况下都可以安全使用。协作机器人操作的实际安全性取决于操作或应用。名字里有什么？“我们需要认识到，协作机器人最初是一个营销术语，而不是一个技术术语，”优傲机器人驻波士顿的全球技术合规官罗伯塔·纳尔逊·谢伊（Roberta Nelson Shea）说。尽管UR的所有协作机器人都是功率和强制限制（PFL），但协作机器人一词在整个行业中并未标准化。机器人系统或应用程序可以标记为“协作”，但不能使用 PFL 机器人。
“PFL只是可以使机器人应用程序成为协作应用程序的一个特征，”Nelson Shea说。“手动引导控制或HGC，[代表]构建协作应用程序的另一种方法。假设您已经确定，是的，您拥有的系统确实是PFL机器人。如果是这样，它施加的力量和力量当然是有限的——因此有了绰号。PFL机器人手臂在意外接触时停止是很常见的，这一壮举为自动机开辟了新的可能性。在传统的自动化和机械化中——铰接式机器人手臂、焊接车架、折弯机上的多轴后挡料或其他任何东西——即使是最慢的运动也能发挥足够的力量来压碎一个肢体。PFL机器人则不是这样。PFL协作机器人手臂似乎就像人类手臂一样运作，那么它怎么可能很危险呢？好吧，挥舞刀子的人可能很危险，挥舞锋利物体的PFL机器人也是如此。
“许多人有一种误解，认为如果机器人以PFL功能运行，整个应用程序都是安全的，”俄亥俄州迈阿密斯堡Yaskawa Motoman协作机器人高级经理Bill Edwards说。“不幸的是，这不是真的。在协作应用程序中，我们需要查看整个应用程序。这包括末端执行器、要处理的部分以及所涉及的所有任务，这些任务可以是协作的，也可以是非协作的。并非所有协作应用程序都有 100% 纯粹的协作任务。小任务的安全性PFL协作式机器人安全变得复杂的一个原因是它们的使用方式。使用大型零件的大型传统机器人需要保护，通常是互锁的防护装置（安全围栏），它们通常是大型自动化生产线的一部分。机器人不会模仿人类过去执行的任务;相反，工程师围绕自动化重新设计了整个过程。
与传统机器人不同，PFL协作机器人“通常不会在完全自动化的生产线中实施，”Nelson Shea说。
相反，它们经常取代涉及小型低负载情况的手动任务。在许多情况下，PFL系统只是简单地放置在人类过去的位置，模仿人类过去执行的任务。该过程不会更改，而且通常不会完全自动化。人类仍然需要在某个地方进行干预才能完成工作。
“当这种情况发生时，人们的看法是协作机器人不需要保护，”Nelson Shea说，并补充说，是的，PFL协作机器人系统的许多早期应用确实是安全的，没有传统的防护，考虑到低速，所涉及的小有效载荷，以及使用的PFL技术。尽管如此，仍然需要进行风险评估，特别是因为系统与人类互动。
表面积系数与任何工业设备一样，PFL机器人必须遵守行业公认的安全标准，包括专门为协作机器人应用编写的ISO/TS 15066。
这些标准背后的许多细节归结为运动中物体的速度和表面积。协作式机器人本身可能没有突出的锋利边缘。“他们可以有一个光滑的外观，”Nelson Shea说。“他们没有螺栓突出。”
然而，它的末端执行器可能有一个锋利的边缘，它携带的物体也可以 - 就像钣金坯料一样。PFL协作机器人在特定方向和速度下挥舞锋利物体可能需要某种保护措施，如安全标准所详述的那样。
有时，工件锋利边缘带来的风险可以通过末端执行器设计来减轻，不仅通过其表面设计（即末端执行器本身没有锋利的边缘），而且通过它如何抓取零件。正如Nelson Shea所解释的那样，“末端执行器可以覆盖零件，以便在操纵时不会暴露边缘。
她描述了一家大型汽车工厂的一个应用，该工厂使用了一个带有大型泡沫覆盖的翻盖末端执行器的机器人系统。当它抓住一个大的钣金坯料将其转移到另一台机器上时，翻盖覆盖了零件的所有锋利边缘。“在这种情况下，末端执行器提供了保护。
正如爱德华兹所解释的那样，安全标准“阐明了力和压力限制，这转化为基于操作员暴露的表面积的速度限制。当表面积减小到一定水平时，这将决定PFL机器人的运行速度。一旦它下降到一个锋利的边缘，当你运行初始计算以确保你已经建立了正确的安全系统时，你会发现如此小的表面积，加上机器人的质量，将限制你的速度为零，或者至少很少。而且移动如此缓慢的机器人通常没有投资回报率。在这些情况下，必须采取额外的保护措施，以使应用程序既安全又经济可行。小心照料所有这些都只涉及协作机器人本身，而不是它们正在照顾的机器。典型的机器人折弯机和电动冲压线具有联锁防护或周边保护，使机器人系统能够以对人类完全不安全的方式自由地与机器交互：例如，折弯机机器人在弯曲序列中间从工具集后面抓取一个奇怪的零件。
当然，许多人被协作机器人吸引的原因是，在适当的情况下，它们可以在没有安全围栏（防护）的情况下照看机器。同样，这取决于应用程序。但是，如果风险评估认为机器人系统不需要防护，那么仍然需要考虑机器的防护。
PFL协作机器人也经常与机器分离，并根据需要移动到其他地方。该操作在某些时候可能是机器人操作，在其他时间是手动操作的，这意味着机器本身需要保护，就像任何其他没有机器人的机器一样。
这也适用于从未有人照看的协作机器人机器。在这种情况下，协作机器人的机器仍然需要保护;人们可能会无意中进入或将肢体放在机器的工作区域内。协作式机器人的机器管理应用仍然需要安全扫描仪和一些严格的防护。协作机器人可能是安全的，但它仍然需要挥舞锋利的物体并与没有防护的机器互动，这会带来危险。优傲机器人Nelson Shea插话说：“在这种情况下，守卫[安全围栏]有什么问题？它们并不昂贵，并且在从未手动维护机器的情况下，联锁防护装置可以简化事情。
“许多人认为，仅仅因为机器上有一个[PFL]机器人，所有的危险都消失了，”她说。“那台机器的危险总是存在的。
爱德华兹描述了一个数控机床的维护应用。零件本身可能缺乏锋利的边缘，PFL机器人手臂可能以低风险的方式移动。“但是抓手呢？它有锋利的边缘吗？机器有防护吗？我需要查看整个应用程序。机器装载安全吗？当它拉出成品零件时，它是否有锋利的边缘？在PFL应用中，我需要保持在TS 15066的规格范围内，这意味着我需要保持在一定的压力和力限制以下。当零件的表面积减小到锋利的边缘时，我将无法[保持在这些限制以下]。因此，对于这项任务，我需要一些额外的安全设备，如扫描仪或光幕，以确保操作员的安全。同样，当涉及到安全性时，我们关注的是应用程序，而不是机器人。
爱德华兹描述了一名操作员将一堆钣金毛坯带到协作机器人工作单元。“如果机器人必须抓住一个有锋利边缘的零件，我们就会知道我们将超过这些压力和力阈值限制。也许机器人可以在不保持零件的情况下移动时协同工作。此时，具有钝表面的手臂和末端执行器都低于这些压力和力阈值限制。“然而，一旦机器人有了这个部分，我可能需要部署额外的保护措施，因为现在它正在一个锋利的边缘摆动。
抓取零件的末端执行器还需要内置的安全系数，以考虑吸力和动力的损失。“例如，在[涉及磁性材料]的钣金应用中，我可能会选择使用即使工厂断电也能保持其保持的磁铁，”爱德华兹说。
应用可能需要光电安全扫描仪、硬防护（围栏）或防护技术的组合——同样，机器人（ANSI/RIA R15.06）和机械（如ANSI B11机器安全标准）的安全标准中详细说明了细节。使用协作式机器人安全焊接与拾取和放置或机器维护不同，协作机器人焊接通常不涉及末端执行器挥舞工件。相反，末端执行器正在移动可能具有锋利边缘的焊枪，包括裸露的焊丝。见证此类应用程序在没有扫描仪或联锁围栏的情况下安全运行是很常见的。当电线暴露（而不是焊接）时，协作式机器人可能会以缓慢而特定的方式移动，例如伸展范围有限，以便通过适当的个人防护装备和其他安全考虑来减轻“锋利边缘”风险。（“在焊接过程中，需要焊接筛网以及特定于焊接的个人防护装备，”Nelson Shea说。
消息人士告诫说，每个申请都必须单独评估。“我们仍然需要在风险评估期间查看这些组件，以确保我不会超过这些压力和力量限制，”爱德华兹说。
同样，虽然协作机器人的运动可能是安全的，但协作机器人移动的应用可能会决定其他安全要求。因此，如果协作机器人焊接单元中的某些东西移动，例如焊接变位机，防护装置需要考虑该定位器的运动以及定位器正在移动的夹具和部件。当然，大多数协作机器人焊接单元都涉及一个固定的夹具台（取决于风险评估的内容），不需要防护。但可能需要其他焊接单元安全物品：戴上焊接头盔，用不易燃的衣服覆盖手臂和腿部，排烟保持空气清洁，以及焊接窗帘或类似的周边防护装置。
“同样，我们需要查看整个应用程序，”爱德华兹说。“这不仅仅是机器人。是烟雾。很轻。是热。这是电气危险、电缆和绊倒危险。我们需要全面审视，而不仅仅是机器人和末端执行器在做什么。这一切都需要纳入风险评估，这决定了解决方案是否可以安全完成。
用心教学应用程序的安全性不仅取决于协作式机器人携带的内容，还取决于它的移动方式。在这里，教学方法很重要。离线仿真可以避免中断生产，示教器也可以很方便，但这两种方法都将用户与实际的协作机器人分开。在这样做时，操作员可能会在不知不觉中指示机器人以危险的方式移动。“这就是为什么当你使用示教器时，手臂会以降低的速度移动，”Nelson Shea说。
对于许多精密应用，手动引导控制是不切实际的。“你真的不能用手移动几毫米的东西，”Nelson Shea说。然而，她补充说，当手动引导控制成为可能时，它有时可以帮助使教学更安全，“因为一个人不会引起对自己的运动。
考虑一个拾取和放置任务。使用示教器，程序员可能只是低头看着他们的屏幕，告诉机器人从A点移动到B点，永远不会抬头注意到协作机器人手臂的移动方式很容易妨碍附近的人员。即使程序员确实抬头看，操作员也可能没有意识到其中一些动作是多么不安全（也许效率低下），因为他是从不同的方向看待操作的。据消息人士透露，最新的教学软件通过对齐方向来缓解其中一些问题，因此屏幕上的内容与操作员在现实生活中看到的内容相匹配。
无论如何，物理移动手臂，并在手臂从 A 点移动到 B 点时与它一起移动，会改变操作员的视角。它们自然会让协作机器人手臂保持低位并远离障碍。关于生产力，而不是消除保障措施消息人士强调，虽然某些技术和方法，如手工指导教学，可能会使操作更安全，但它们并不能保证应用程序是安全的。它仍然需要适当的风险评估，仔细检查协作机器人应用的各个方面，从协作机器人运动及其末端执行器到被运送到工作单元其他方面的部件，例如正在维护的机器或正在执行的焊接。
协作机器人也在不断寻找新的用途。有些甚至安装在自主移动机器人（AMR）上，这些机器人有自己的安全考虑因素，如停车距离、过道宽度因素，以及自动化和人员可以在地板上漫游的地方。这是一个复杂的难题。
AMR 和 PFL 协作机器人都有可能将自动化与手动任务完全集成。如果做得好，这样的技术可以帮助创造未来的典型工厂。这种PFL协作机器人应用可能不需要安全围栏或防护装置，但消除防护不应该是目标。一切仍然必须评估安全性，一次一个应用。
