Modern endüstriyel robot sistemleri, sürekli gelişen yapay zeka (AI) ve makine öğrenimi (ML) yeteneklerini, kesintisiz bağlantıyı ve fabrika içinde ölçeklenebilir dağıtımı desteklemek için giderek daha karmaşık hale gelen altyapıya güveniyor. Bu sistemler, yüksek bant genişliği, gerçek zamanlı yanıt ve katı işlevsel güvenlik standartlarının gereksinimlerini karşılamak için sensörlere, güvenlik donanımına, devre korumasına ve kontrol bileşenlerine ihtiyaç duyar.
Bu makale, SICK sensörlerine, güvenlik çözümlerine ve Eaton'ın endüstriyel kontrol bileşenlerinin güvenli hareket kontrolüne, uyarlanabilir sistem davranışına ve kararlı karar almaya nasıl yardımcı olduğuna odaklanarak Endüstri 4.0 robot teknolojisini destekleyen temel teknolojileri araştırıyor. Spesifik tartışma konuları arasında algı mimarisi, makine güvenliği uyumluluğu, hataya dayanıklı kontrol stratejileri ve dağıtılmış uç otomasyon ağlarının entegrasyonu gibi elastik akıllı otomasyonun temel itici faktörleri yer alıyor.
Fabrika dinamik ortamı için gelişmiş algılama sistemi
Şekil 1'de gösterildiği gibi Endüstri 4.0 robotları, gelişmiş sensörler sayesinde fabrika atölyelerinde güvenli ve verimli çalışmayı sağlamıştır. Sürekli değişen ışık, havadaki parçacıkların varlığı ve mekanik titreşimler gibi zorlu koşullar altında çalışmasına rağmen, bu sensörlerin personeli, mobil robotları ve hızla hareket eden montaj hatlarını doğru bir şekilde takip etmek için gerçek zamanlı verileri hızlı bir şekilde işleyebilmesi gerekir.
Igus'un Çok Eksenli Endüstri 4.0 Robot Kolu
Şekil 1: Çok eksenli Endüstri 4.0 robotik kolu, hassas ve hızlı çalışmayı sağlamak için entegre sensörleri ve gerçek zamanlı geri bildirimi kullanır. (Resim kaynağı: Igus)
Robot platformu, mekansal algıyı ve milisaniye düzeyinde tepkiyi sağlamak için birden fazla sensör modunu entegre eder. Sensör füzyon algoritması, robotun çalışma ortamının gerçek zamanlı tutarlı bir modelini oluşturmak için bu giriş bilgilerini bir araya toplar. Görsel sistem, nesne algılamayı ve konumlandırmayı yönetirken, güvenlik düzeyindeki lazer tarayıcı, kısıtlı alan içindeki yetkisiz yaklaşımları izler. Düşük gecikmeli Uçuş Süresi (ToF) sensörleri, üç boyutlu mekansal verileri yakalayarak gerçek zamanlı yol ayarlamasına ve bağlama duyarlı davranışa olanak tanır.
Robotlar ayrıca hareket kontrolünü ve etkileşimi geliştirmek için dahili sensörlere ve temas sensörlerine güvenir. Kuvvet/tork sensörleri ve limit anahtarları dahil dokunsal sensörler kavrama, montaj ve uyumluluk görevleri için geri bildirim sağlayabilir. Endüktif, kapasitif ve ultrasonik yakınlık sensörleri yakındaki nesneleri temassız olarak algılayabilir ve algılama mesafeleri genellikle ToF sistemlerine göre daha kısadır. Kodlayıcılar ve potansiyometreler, hassas hareket planlaması için eklem konumunu ve hızını takip ederken, atalet ölçüm birimleri (IMU'lar) yön ve dengeyi korumak için ivmeyi ve açısal hızı ölçer. Son olarak, elektrik sensörleri motor yükünü değerlendirmek ve arızaları tespit etmek için akımı ve voltajı izler.
Standart tabanlı endüstriyel robot güvenliği
Endüstri 4.0 robotları, personelin ve ekipmanın güvenliğini korumak için katı uluslararası güvenlik standartlarına uygun olmalıdır. Üç ana standart, ISO 13849, IEC 62061 ve ISO 10218, fabrika atölyesi robot sistemleri için işlevsel ve kontrol sistemi güvenlik gereksinimlerini belirtir.
ISO 13849, güvenlikle ilgili kontrol bileşenleri için tasarım ve doğrulama standartlarını özetlemektedir. Bu standart, risk temelli bir yaklaşımı benimser ve sistem bütünlüğünü tehlikelerin ciddiyetine, maruz kalma sıklığına ve olası kaçınma senaryolarına göre sınıflandırmak için performans seviyelerini (PL) kullanır. IEC 62061, Güvenlik Bütünlüğü Seviyesini (SIL) kullanarak elektrikli, elektronik ve programlanabilir kontrol sistemlerinin işlevsel güvenliği için gerekli risk azaltımını belirler. Bu standartlar, güvenlik açısından kritik uygulamalardaki algılama ve kontrol fonksiyonlarına yönelik tasarım, uygulama ve doğrulama gerekliliklerini toplu olarak belirtir.
ISO 10218 standardı, robot tasarımı, çalışma ünitesi yerleşimi, sistem entegrasyonu ve işletime ilişkin güvenlik gereksinimlerini kapsayan bu ilkeleri özellikle endüstriyel robotlara uygular. Buna acil durdurma, koruma ve hareket izleme gibi görevleri gerçekleştirmek için güvenlik sınıfı sensörlerin kullanılması da dahildir. Bu bileşenlerin belirlenen performans ve güvenilirlik eşiklerini karşılaması gerekir ve genellikle yapılandırılmış test ve doğrulama yoluyla gösterilir.
ISO 13849, IEC 62061 ve ISO 10218 standartları robot güvenliği standartlarının temelini oluşturur. IEC 60204-1 Elektriksel Güvenlik Standardı ve ISO/TS 15066 İnsan Makine İşbirliği Standardı dahil olmak üzere diğer standartlar, güvenlik dağıtımı ve entegrasyonuna yönelik temel çerçeveyi genişletmiştir.
İnsan-makine işbirliği için entegre güvenlik sistemi
Fabrika operatörü, işlevsellik ve makine güvenliği açısından standartları karşılamak için SICK ve Eaton gibi tedarikçilerin güvenlik çözümlerini benimsiyor. Örneğin SICK'in Safe EFI Pro sistemi, hem sabit hem de mobil robotlar için güvenlik fonksiyonlarının gerçek zamanlı kontrolünü desteklemek üzere entegre sensörler, kontrolörler ve aktüatörler kullanır. Şekil 2'de gösterildiği gibi, sistemin temel bileşeni olan microScan güvenli lazer tarayıcı, dinamik ortamlarda uyarlanabilir ve duruma bağlı hareket algılama gerçekleştirebilir.
SICK microScan3 güvenli lazer alan tarayıcı
Şekil 2: SICK'in microScan3 güvenli lazer tarayıcısı, korunan alanları izleyebilir ve hareketi dinamik olarak algılayabilir, böylece endüstriyel ortamlarda uyarlanabilir koruma desteği sağlar. (Resim kaynağı: SICK)
Operatörler ayrıca robot başlığı çevresinde dinamik bir koruma bölgesi sağlamak için SICK'in Kol Sonu Koruma Sistemini (EOAS) kullanabilir. EOAS, 110 milisaniyeden daha kısa yanıt süresiyle güvenli, temassız insan-makine işbirliğini sağlamak için ToF teknolojisini kullanır.
SICK, bu otomatik sistemlere ek olarak manuel ve çevresel güvenlik bileşenleri de sunuyor. Operatör, acil durumlarda ES21 acil durdurma anahtarını çalıştırarak makineyi hızlı bir şekilde kapatabilir. STR1 temassız güvenlik anahtarı, kurcalamaya dayanıklı ve koruyucu izleme sağlamak için RFID teknolojisini kullanır, gelişmiş kodlamayı destekler ve EN ISO 14119 standardına uygundur.