工业移动机器人安全标准在前沿

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所属分类:工业4.0

移动机器人正在进入通常保留给人类和载人车辆的新领域。在仓库和配送中心,工厂楼层,现在的实验室和办公场所,我们可以期待更多地看到这些免费机器人。收集这些仓库管理员的负载。这些不仅仅是移动包骡子。这些机器人具有车载智能和实时自适应功能,可以扩大其方法。

自从我们发布了我们的底稿,移动机器人和Intralogistics始终在供应链以来,一年飞逝。现在市场上堆叠着更多的选择,组合和应用。许多变化对于安全标准作家的追赶起到了新的挑战。移动机器人平台与双臂铰接式机器人相结合,可自动处理部件,用于熄灯制造。 (由OTTO Motors提供)许多这些移动平台已经在实践中或在世界各地的试点项目中。

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移动机器人


在焊接装配设备供应商HIROTEC AMERICA的工作中,查看双臂移动机器人的视频。在本应用中,OTTO 1500自引导移动平台与安川双臂机器人(如图所示)相结合,可以将单独的任务从零件浸入黑色氧化物中进行腐蚀保护。Robotiq使您可以看到自适应夹具在下降到黑色氧化物时精细地处理零件。

这个spry机器人周围没有安全围栏。这是因为OTTO使用安全评估的LIDAR传感器来检测和导航其路径内的障碍物。据制造商说,OTTO 1500有两个安全级别的激光雷达(LIDAR),一个在前面,一个在平台的后面。它有四个紧急停止(E-stop)按钮,用于手动紧急停止。该移动操纵器帮助HIROTEC更接近于全天候运行的熄灯制造目标。

自主,自主导向的车辆
消费品巨头宝洁也将移动机器人在多个行业和各种应用中工作。

宝洁公司位于俄亥俄州辛辛那提的机器人网络创新总监Mark Lewandowski说:“由于宝洁公司是一家基础广泛的公司,所以我们有许多不同类型的移动平台。“从大型移动平台到高架移动平台,一直到小型移动平台,可以在有更多人的办公室或实验室环境中使用。在制造,仓储和分销之间,我们在广泛的尺寸,形状和平台上有很多不同的需求。“

Lewandowski指出,这些都是自行车辆。这意味着他们会根据他们环境的预先了解的地图,自主地确定从A点到B点的最佳路线。使用各种传感器和软件,他们通过实时智能导航意外的障碍物

此视频显示了这些类型的移动机器人如何实现映射和路由规划以实现轻松部署的示例。这与传统的自动引导车辆(AGV)形成对比,传统的自动导向车辆通常需要现有的基础设施或设施修改,例如嵌入在地面上的磁条或导航信标,以引导车辆在指定的路径上。

不是你的祖父的AGV
宝洁公司正在使用或测试三大类工业移动机器人:具有高负载能力的大型移动平台,较小的自行车辆和移动操纵器(移动机器人与机器人臂结合)。

Lewandowski说:“目前最大和最活跃(移动机器人的应用)现在处于自主移动平台的领域。“这些是围绕托盘或大单位负载移动的大型平台。移动平台位于我们的仓库和配送中心,那里没有大量的人力和车辆交互。“

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工业移动机器人


他说,他们使用较小的自主车辆在进程之间移动输入材料,在制品或成品。这些较小的平台能够在拥挤的环境中更灵活地移动。

Lewandowski解释说:“我们现在正在试行的一个应用程序的例子是将质量和实验室样品从生产过程转移到需要测试的实验室。“这涉及到将这些较小的车辆带入许多人和改变过程的环境中,所以车辆需要能够适应这些高度动态的环境。”

宝洁已经在使用或开发移动机器人的试点应用程序,例如Clearpath的OTTO,Aethon的TUG和欧姆龙的自主智能车辆,以及自动移动平台,例如Fetch Robotics,移动工业机器人(MiR),帆布技术和Milvus机器人。

Lewandowski说:“安全是至关重要的。“许多这些移动系统都是基于相同的技术(LIDAR),所以从安全的角度来看,入门点是确保你具有被认为是一个有能力的安全系统来检测物体和人员并作出适当的反应。

他补充说:“其中一些新兴人士(初创公司)正在开始使用具有更多空间意识的这些基于视觉的技术。” “重要的是不仅要知道平台在平台上的位置,还要知道它在其环境中的导航位置。是否有门或悬垂物,桌子或输送机?它需要能够看到那些并做出适当的反应,以避免这些障碍。“

与传统AGV方面的固定平台兄弟姐妹或甚至他们的表兄弟不同,自主移动机器人是自由漫游的。安全是一个主要的问题。

工程安全标准
机器人工业协会(RIA)与美国国家标准协会(ANSI)一起制定工业移动机器人的安全标准。RIA组装了R15.08委员会,撰写了“工业移动机器人安全”标准文件。

工作已经开始,标准的前两部分针对机器人制造商和集成商的安全准则,预计将在2017年底之前起草。然后,文件必须经过一系列的审查程序和任何修订。出版目标是2019年初。

为什么你会问这么远?实际上,这个标准制定过程正在加快步伐。

“自2007年以来,我一直参与安全标准(流程)。对我来说,这个时间表已经快速闪现,”机器人专家和R15.08委员会的主席Michael Gerstenberger说。“有几家公司在这方面出现了产品。RIA希望得到最好的解决方案,并确保我们通过制定有关如何安全地做事情的相关标准来为会员提供服务。“

Gerstenberger与该委员会有一个有趣的挑战。R15.08的任务是将两个世界,移动平台社区和工业机器人社区结合在一起。每个都有自己的安全标准。

对于移动平台,现行标准最接近的是ANSI / ITSDF B56.5-2012“无人驾驶自动引导型工业车辆安全标准”和“载人工业车辆自动化功能”。

对于工业机器人,标准是ANSI / RIA R15.06-2012,工业机器人和机器人系统 - 安全要求。

“然而,许多新的移动机器人比传统的AGV具有更大程度的自主权,使他们能够在更加动态的环境中安全地运行,实时路径重新规划至关重要,”RIA总监Carole Franklin说。密歇根州安阿堡的标准制定。“这不是目前AGV标准(B56.5)中的一个领域。”

她继续解释说,尽管工业机器人安全标准(R15.06)允许移动机器人系统在工业环境中的可能性,但其大部分指导都采用固定的固定式机器人安装。

委员会成员必须共同制定新的ANSI / RIA R15.08标准,以弥补现有标准B56.5和R15.06之间的任何差距,并为移动机器人特有的安全考虑提供指导。最后,他们可能会决定将新组合的指南折叠成现有标准,但仍有待观察。

Gerstenberger说:“我一直在努力做的最重要的事情之一是确保委员会的所有声音都被听到。“我想确保每个人都可以表达自己的意见。我们在委员会中有很好的代表权。

75多名委员代表了大多数传统机器人制造商,建立了移动机器人供应商和创业公司,协作机器人供应商,传统AGV制造商,机器人集成商,安全系统供应商和集成商以及汽车,电子,消费品等主要终端用户,物流业。

还有代表性的是重要的行业标准和安全组织,如北美的德国莱茵TÜV,美国保险商实验室,国家职业安全健康研究所(NIOSH)和国家标准与技术研究所(NIST)。

现有标准的差距
NIST开发测试方法和指标来评估新技术的性能。有时候NIST将会引导标准制定工作,就像在这种情况下与R15.08一样。几年来,NIST在其实验室中对传统的AGV,在实验室中开发了搭载有协同机器人手臂的混合动力叉车AGV,以测试安全原则。 (由国家标准技术研究所提供)移动机器人和协同机器人以及这些机器的混合集成进行了研究。

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移动机器人


NIST的计算机科学家和R15.08委员会的成员Jeremy Marvel说:“我们有兴趣从所有不同的制造商那里获取机器人模型并将其集成到一个工作单元中。“这也包括移动工业机器人,特别是机器人手臂与来自不同制造商的移动平台的特别整合。”

Marvel和NIST的同事Roger Bostelman也在R15.08委员会上研究了现有的AGV和工业机器人在混合系统研究方面的安全标准。在某些情况下,他们发现了足够的重叠,但在其他情况下,他们发现了差距甚至冲突。您可以在本文中查看NIST研究的结果。

Gerstenberger说,委员会继续使用NIST的调查结果作为确定在制定R15.08标准时遇到差距和冲突的基础。他指出了一个冲突。

“在R15.06标准(2012年发布)中,它表示机器人可以固定在适当位置或移动,但不久之后,它还表示该标准仅涵盖了移动机器人的操纵部分。所以当这个机器人不能在一个地区不再笼罩的时候,它不能覆盖。“

他也解决了其中一个缺陷。

“控制器如何传达安全信息?移动平台上的紧急停止按钮是否也会在手臂上紧急停止?另一种方式呢?如果紧急停车是机器人控制器的一部分,应该停止移动平台吗?“

在起草文件时,R15.08委员会将必须处理这些问题和其他许多问题。

“这是R15.08的基础,”Marvel说。“我们希望能够解决这些差距和冲突,并为提供安全评估的解决方案提供指导和要求。”

他注意到教导吊坠的一个例子:“如果您正在考虑将移动平台与工业手臂进行临时安装或集成,则这两个都将拥有自己的教学吊坠。您如何纠正或补救控制问题,以便您只有一个控制点?我们指定一种方法来实现吗?我们是否指定移动平台必须放弃对工业机器人的控制,反之亦然?或者我们一般指定有一个控制点,然后让集成商或制造商了解如何做到这一点?

Marvel现在说,委员会倾向于后者,这意味着制造商要在其平台上添加操纵器时确定单一的控制点。集成商将两者整合在一起。

Marvel说:“整合两个不同制造商的系统是一个重大的挑战。“在大多数情况下,这些都是封闭系统(拥有专有技术)。这些不是要由别人软件控制的系统。“

Marvel说这还不容易,但是更容易使用像ROS操作系统这样的常用开放语言。

“我们花了几个月时间与封闭的AGV系统进行了第一次整合,我们仍然不确定我们是否正确进行。与我们今年夏天刚刚整合的开放平台不足三周。“

NIST采用传统的叉车AGV,并在移动平台的顶部安装了Universal Robots UR10协同机器人手臂,使其成为混合动力(如图)。

“混合动力不使用引导线,磁铁或线路跟踪(像传统的AGV),”Marvel解释说。“相反,它使用基于激光的三角测量系统来确定它在开放环境中的位置,从而允许控制软件告诉它在哪里去动态生成路径。一旦被告知要去哪里,它不会偏离那条路。我们正在与AGV平台的制造商以及控制软件合作,使其更加灵活,更具适应性,因此可以以安全的方式应对任何潜在的碰撞或安全隐患。“

他们还有一个与ROS兼容的Omron移动平台。他们正在比较封闭系统与开放系统。

“整合安全信号真的很难。同样的事情与任何一种控制。机器人控制器用于掌管一切。所以现在当你试图整合两个智能系统时,它变得有点谈判。试图与不想谈判的两个系统进行谈判是棘手的。你最终会看到左手右手的情况,机器人手臂和移动机器人正在做自己的事情,但是他们或多或少相互忽视。那个交叉点在安全性和可靠性方面开始有点蠢。

移动机器人,移动目标
NIST的研究揭示了制定工业移动机器人安全标准的复杂性。为自主移动平台制定安全标准是一回事,但是现在添加机器手臂或其他类型的附件,无论是搁架,输送机还是与视觉启动的物料搬运机器集成的大型移动平台以更高的效率挑选多种产品类型和批次。 (由Bastian Solutions,LLC提供)手提箱,或者甚至拖到其后面的另一个车辆,现在安全隐患变得更多错综复杂。

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移动机器人


我们在野外看到这些类型的系统。以前在HIROTEC的应用程序,现在这个巴斯蒂安解决方案移动平台与一个安川臂(如图)一起用于机器人批量采集。Bastian的移动机器人配备了视觉系统,作为机器人到货物的解决方案,通过挑选多种类型的产品,电子邮件和SKU,以达到各种订单。看到它在行动。

据巴斯蒂安统计,这款动态移动机器人使用安全扫描仪来检测和避免其工作区中的障碍物和人员。它有紧急关闭的1级E-stop。移动平台遵循几个安全标准,包括ANSI / ITSDF B56.5,用于无驱动,自动引导的工业车辆。

“最终,如果您可以让移动平台和机器人手臂一起移动,并且能够协调其运动,以便您可以在几乎无限的工作量内将任何具有高重复性和准确性的工具专门设置在任何位置,那么就可以一个奇妙的启发技术,“Marvel说,设想的可能性。

想大 飞机机身,船舶,火车,甚至建筑物。检查SAM,移动施工机器人。

“这也使得高度动态的工作环境,您的组装线可以重新配置自己,以适应新的流程或新的批处理作业,”Marvel说。“用敏捷制造模式去”。

随着行业推进移动机器人试点项目和更多采用,R15.08委员会将努力跟上。Marvel注意到更多的挑战。

“例如,如果你有一个由于某种原因关闭或进入紧急停止的移动平台,所附的手臂需要知道这一点。它实际上可能需要知道为什么,特别是如果它试图做一个动态控制的情况,其中移动平台和手臂的运动协调,以保持一个工具在特定的笛卡尔坐标。“

他说控制信号同样面临挑战。

“机器人会告诉你它在想什么。移动平台会告诉你它在哪里。然后这些信号需要集成在一起。在某些情况下,我们发现报告的位置和方向的值并不总是内在的。“

换句话说,当你从机器人那里得到报告时,它不是实时的。这是旧信息。

Marvel说:“可能会有延迟,抖动或滞后,或只是报告说可能会严重影响整个集成解决方案的性能和安全性的位置的不确定性。

在编写新的安全准则时,R15.08委员会将考虑所有这些因素。最终用户输入对于进程至关重要。

最终用户见解重要
宝洁的Lewandowski和同事Bob Bollinger,美容部门机器人领袖,以及来自各行业的许多其他最终用户代表。他们认为“检查你的公司标志在门口”是重要的,并讨论什么是最好的技术作为一个整体。

莱万多夫斯基与宝洁有超过25年的历史。布林格在工业方面已有30多年,宝洁有18家。两者都是公司机器人技术网络的一部分。RTN是一组宝洁员工,利用机器人技术的集体经验来确定如何在公司内部部署机器人。该网络还评估和测试新的机器人技术。

布林格说:“作为最终用户,我们需要确保标准清晰,可用和可部署,并且由于这些标准而产生的产品可以安全地用于工厂。“我认为最终用户参与真的有助于委员会的理解,并确定用例和挑战是什么。希望我们能够就如何应对这些挑战提出明确的指导。“

标准范围
委员会面临的首要挑战之一是确定其范围。在一个仍在发展的行业中,随着新的创业公司和技术每隔几个月进入竞技场,很难缩小焦点。经过几次委员会会议后,RIA的标准开发总监表示,他们能够确定这一点。

工业,因为它适用于R15.08工业移动机器人安全委员会的范围,仅包括在生产货物和相关服务中使用移动机器人的工业用途。这包括制造,仓储和物流空间中的结构化和半结构化环境。

富兰克林说:“预计工业空间中移动机器人附近的人(仅限成年人)将具有一定程度的培训,因此他们知道如何与机器人进行正确的互动。

范围之外是与公众互动的移动机器人,如酒店机器人,个人护理机器人,医疗保健和康复机器人以及机器人游乐设施。这些准则将不涵盖这些应用。

在这种情况下,移动是指仅基于地面的系统。机载系统和水载系统超出了范围。

超出范围的是平台,如载人叉车。遥控或远程操作的移动系统不包括在内。轨道上的移动系统,如龙门架机器人,也超出了范围。

机器人包括移动平台本身,即使没有机器人手臂安装在顶部。但移动机器人必须拥有超越传统AGV的自主能力。传统的AGV将保持在工业卡车标准(B56.5)之下。

富兰克林说,R15.08文件将无声移动的模式,无论是轮式,单轨,跟踪或腿式平台。这意味着波士顿动力学的双足机器人是候选人。那就是如果阿特拉斯在仓库里堆放盒子,假设这个移动操纵器可以配有货架附件的自动移动机器人可以在仓库内运输包装,同时优化人员和其他障碍物周围的导航。 (感谢Fetch Robotics,Inc.)维持它的立足点。

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Fetch Robotics,Inc


安全标准将为移动平台,附件(货架,输送机或机器人手臂)的机器人制造商提供指导,以及集成解决方案(移动平台+机器人臂设计和制造为具有一个控制器的单个单元)。对于集成商,将提供将移动平台与机器人手臂集成的指导。

指南还将包括危险识别和风险评估,以及危险能源控制的地址锁定/标记(LOTO)建议。

制造商第一部分和集成商第二部分预计将在年底前起草。将为最终用户提供指导的第3部分推迟到以后。

绘制新技术
标准编写过程的一个重要部分是预测技术进步,特别是当标准将有助于在像移动机器人这样的开发领域形成技术成熟时。

Lewandowski说:“技术往往以比标准更新和发展更快的速度发生变化。“标准制定者的最终目标是试图预测事情发生的地方,而不是写标准,从而限制或阻止将来实施新的更好的解决方案。

“如何检测移动车辆周围的人员,今天,它在历史上是由激光扫描仪和激光雷达实现的,”他继续说。“在3D视觉系统和更好的检测系统(具有空间意识)的这一整个革命将会使未来有很多不同的事情,所以我们需要确保标准能够适应这些类型的进步和技术。

Gerstenberger说:“我们不想阻止最初开发标准时不知道的特定新技术。“我们不想阻碍技术进步。我们想启用它。“

随着技术进步,复杂化将会更加复杂。特别是当你有自由的机器人和人类在同一个空间工作。

NIST的Marvel提醒我们:“没有一个安全或不安全的机器人。这是关于你如何使用它,你如何整合它。从那里你必须做风险评估。“

风险评估或不是
这不是一个问题。后者是有风险的业务,简单而简单。R15.06机器人安全标准明确规定:“风险评估应当执行,不再可选”,并声明“必须”一词是规范性的,并且是描述符合标准的强制性要求。

明尼苏达州明尼阿波利斯市SICK公司的安全标准和能力经理Chris Soranno在谈到移动机器人标准正在开发的同时,当询问供应商和最终用户应该做什么时,“风险评估,风险评估,风险评估”。“你不能解决问题,除非你知道问题是什么。有了安全性,找出问题的最好办法就是评估风险。“

Soranno还担任R15.08委员会成员,在整个职业生涯中从事机器人技术和工业安全市场近20年。他看到很多应用程序。

Soranno说:“我们与内部员工以及我们的外部客户合作,帮助提高安全性方面的能力。“这包括在哪里找到标准,如何阅读和解释标准,以及如何实施这些标准的要求,以实现为员工提供安全的工作场所的目标。

他描述了风险评估过程中的基本步骤。

索兰诺说:“你必须确定这些任务。“你必须确定这些任务与之相关的危害。对于每一个,您需要确定潜在的结果将是一个风险。然后根据最严重的可信度严重程度和最可信的可能性水平(可能发生的几率)对其进行评级。它可以基于频率,曝光率,曝光次数,人们对自身存在的风险的意识或者避免能力。它以100英里/小时的速度向你走去,还是慢慢地爬行,所以你可以走出路来?

谁应该做风险评估?

“这应该是一个团队,”索兰诺说。“必须与系统一起生活的利益相关者,他们将是知道他们如何与之相互作用的利益相关者,无论是运营商,还是维护人员,还是生产人员。它们应该包括在前端。然后,您与机载协同机器人集成的移动式机器人将零件传送到输送机系统。 (由Vicosystems提供)有设备供应商熟悉系统能做或不做的事情,以及任何其他组件供应商,无论它们是安全组件还是末端效应器供应商。“

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移动式工业机器人(MiR)与通用机器人协作臂


在这个移动操纵器的例子中,系统集成商和经销商Vicosystems将移动式工业机器人(MiR)与通用机器人协作臂(如图所示)结合起来,从货架单元和输送机上卸载零件。观看视频。

变化需要重新评估风险
P&G的Lewandowski说,进入公司的任何新机器(或机器人)都需要进行风险评估。

“我们总是尝试从机器或设备的集成商开始,让他们首先进行切割,或首先对任何应用进行风险评估。但一旦进入宝洁公司,我们就有一个过程,我们将继续加强风险评估,甚至在宝洁公司安装设备或机器后进行最终风险评估。“

如果发生变更,则必须重新评估风险评估。

Lewandowski说:“预期如果您更改机器或过程的功能,则可以根据需要对风险进行评估,并进行任何更改或更新。

布林格说:“即使环境发生变化,如地板,机架布置或机器在地面上的安排,那么您需要重新评估风险。“如果把仓库的一个区域更换成手动采集站怎么办?这增加了风险,特别是如果你在谈论空间中的移动机器人。“

风险评估还必须解决部署移动机器人的环境。Soranno注意到地板的摩擦质量,或者它是多么滑,还是地板的倾斜和平滑度等条件。

他说,如果有人决定改变环境,例如重绘地板,确保他们不会无意中改变移动机器人所依赖的属性,以达到其预期的安全水平,那么也有必要制定一个流程。

Soranno说:“我做了数千次风险评估。” “系统的动态程度与风险评估的复杂程度如何变化呈指数级。如果看电源,通常只有很少的方法与机器进行交互。您识别这些任务,机器人制造商的全方位移动平台和轻量级机器人手臂组合为人机协作提供了自主的物料搬运解决方案。 (由库卡机器人公司提供)您可以确定与每项任务相关的危害,并提出一些补救措施解决方案,以便将风险降至可接受或可接受的程度。“

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安装在移动平台上的动态机器人


将该过程应用到安装在移动平台上的动态机器人,并且变得复杂得多。

“当您移动到机器人,这是一个更加动态的新闻,它可以使用任何数量的方式,而不仅仅是,但它可以修改后,部署到新的方式,这增加了复杂性风险评估“,Soranno说。“现在你把这个动态机器人放在一个可以在工厂的任何地方的移动平台上,这也是一个指数曲线。你现在还有更多的潜在任务或互动。

“你不只是担心人们走到机器的地板上。现在这台机器正在设备的周围移动,可以开车到一个有背部的人,“他补充道。“这个过程的复杂性会变得更加困难。”

向RIA志愿者致敬
这些复杂性将由R15.08委员会进行大量审议,因为它们为移动机器人空间制定了准则。您可能会惊讶地发现,委员会成员都是志愿者,有日常工作。

会员一起作为一个大型团体聚会,每年将细节,三次,小型电话会议和会议,以及许多草稿。下一次会议定于11月与加利福尼亚州圣荷西的协作机器人和高级视觉会议(CRAV)联合举办。

询问任何会员,他们会告诉您如何无意招募标准委员会的一个地方。

Lewandowski开玩笑说,“通常你会走路太靠近会议或参与会议的人。”

换句话说,你被吸入了,但是在严肃的时候,他们意识到他们参与的重要性。

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