Robôs Colaborativos Guiados à Mão: Padrões de Segurança Explicados

Existem quatro métodos para operação de robôs colaborativos (cobots) definidos no padrão de segurança RIA 15.06-2012 e cada um tem seu lugar em operações de manufatura. Dos quatro, a orientação manual parece receber a menor atenção. No padrão de segurança, a seção 5.10 (Requisitos de Operação Colaborativa) define os requisitos necessários para que robôs funcionem em operação colaborativa em conformidade com um ou mais dos seguintes:

• 5.10.2 Parada monitorada com classificação de segurança

• 5.10.3 Orientação manual

• 5.10.4 Monitoramento de velocidade e separação

• 5.10.5 Limitação de potência e força por design inerente ou controle

Orientação manual simplesmente afirma que o equipamento — por exemplo, uma alça de orientação manual — será localizado próximo ao efetor final ou ferramenta do robô e terá tanto uma parada de emergência quanto um dispositivo de habilitação (pense em interruptor de homem-morto como você veria em um pendant de ensino). Muitos usuários de automação veem orientação manual simplesmente como “ensino por guiamento”, que é a capacidade de mover o robô livremente para ensinar pontos ou caminhos na operação. Esta é uma opinião comum, mas o ensino por guiamento é apenas a ponta do iceberg no vasto número de aplicações que podem ser melhoradas com orientação manual.

Outra visão comum é que aplicações de orientação manual são limitadas para maior alcance ou cargas úteis mais pesadas porque não há muitos cobots grandes disponíveis. Embora seja verdade que a maioria dos robôs colaborativos de limitação de potência e força pode não ser capaz de lidar com aplicações muito grandes, é importante entender que a maioria dos robôs pode ser usada para uma aplicação colaborativa.

No cerne de robôs colaborativos ou operação colaborativa está a colaboração — trabalhar em conjunto com outros. Colaboração com um robô é frequentemente pensada como trabalhar lado a lado com o robô para completar uma tarefa. No cerne, a orientação manual é um operador movendo ou guiando o robô à mão — uma forma de operação colaborativa mais alinhada com o verdadeiro significado de colaboração.

Lembre-se de que o uso mais eficiente de robôs colaborativos é alcançado fazendo o operador e o robô interagirem quando necessário e deixar cada um completar tarefas individuais em seu próprio espaço de trabalho. Não é muito diferente quando se compartilha uma estação de trabalho com outra pessoa. Ao integrar ferramentas para auxiliar operadores, os dispositivos devem aumentar a eficiência e diminuir o estresse ou tensão. Se você está constantemente alcançando ou se movendo ao redor do seu parceiro, seja uma pessoa ou um robô, todo o processo seria menos eficiente. É melhor olhar de perto a tarefa como um todo e a solução que você está tentando alcançar para descobrir o melhor ajuste para um robô colaborativo.

Flexibilidade e Funcionalidade

De acordo com a seção 5.10.3 dos padrões de segurança RIA 15.06-2012, o equipamento de orientação manual precisa ter um e-stop e interruptor de habilitação. No entanto, em casos onde a orientação manual é usada em um robô que atende aos requisitos de operação colaborativa de limitação de potência e força, o e-stop e interruptor de habilitação podem não ser necessários. Por essas razões, realmente ajuda quando há várias opções de orientação manual. A FANUC oferece dois tipos de alças de orientação manual: uma inclui a segurança integral necessária para robôs padrão e a outra é sem fio e funciona com a série CR de robôs de limitação de potência e força. Quando um produto tem muitas opções funcionais, é como ter uma caixa de ferramentas bem abastecida — você pode não precisar de todas as ferramentas o tempo todo, mas tê-las disponíveis quando necessário pode ajudar os usuários a navegar rapidamente ao redor de obstáculos.

Ensino Baseado em Pontos

No ensino baseado em pontos, o usuário move o robô usando a alça de orientação manual para uma posição, então pressiona o botão de ensino para registrar o ponto. O usuário continua a guiar o robô para a próxima posição e registra o ponto. Repetir este processo pode gerar rapidamente um programa de movimento completo para toda a aplicação. O ensino baseado em pontos é um processo intuitivo que é especialmente fácil para aqueles que nunca usaram ou programaram um robô.

Ensino Baseado em Caminho

Para alguns processos, gravar o caminho completo de movimento do robô é necessário. Este método se aplica a aplicações como lixamento ou polimento sobre uma superfície de contorno complexo quando é essencial ter um caminho suave que siga uma forma. O software de orientação manual é configurado para registrar automaticamente posições durante o movimento do robô, que então reproduz accuradamente o caminho completo. O operador simplesmente pressiona e segura o botão de ensino e então move o robô ao longo do caminho. Conforme o robô se move, posições são geradas em intervalos predefinidos. Uma vez que o movimento está completo e o botão é liberado, o caminho é gerado no programa. Se ajuste fino for necessário, cada posição pode ser modificada individualmente para alcançar o caminho perfeito.

Outra característica da alça de guiamento é um botão para controlar a ferramenta. Cada pressão do botão alterna o estado da ferramenta. Isso é especialmente útil em aplicações robóticas onde um operador precisa mover uma peça de um local para outro. Programas estão disponíveis para limitar a função do gripper nos locais de pegar ou soltar para evitar que o operador solte acidentalmente a peça fora das zonas predefinidas.

Algumas aplicações podem exigir movimento do robô mais lento e preciso em áreas críticas. Um botão está incluído que pode alterar automaticamente o movimento do robô sob controle de orientação manual para uma velocidade mais lenta para melhor controle da posição do robô. Em outras situações, pode ser melhor limitar o movimento do robô apenas a movimento linear, não permitindo rotação da ferramenta. Um botão está incluído para alternar o perfil de movimento de articulação rotacional para apenas movimento linear.

Na alça de guiamento com fio maior, um botão adicional está incluído para programar aplicações que exigem controle e flexibilidade de processo finais, como operações de múltiplos estágios ou quando regulamentos de segurança locais exigem operação com as duas mãos do robô. Frequentemente, este botão adicional é usado para indicar o fim da porção de orientação manual da aplicação e permite que o robô retorne ao modo autônomo individual uma vez que os requisitos de segurança necessários sejam atendidos (ex: o operador deixa o espaço colaborativo).

Aplicações de Orientação Manual

Agora que sabemos o que é orientação manual colaborativa e todos os recursos disponíveis com o produto, como as empresas estão usando este produto? Como mencionado anteriormente, muitas vezes é melhor separar aplicações de orientação manual de acordo com deveres.

Exemplo de Aplicação 1

Esta aplicação tem um operador usando um dispositivo de elevação assistida manual para carregar peças em uma estação de montagem que alimenta o resto da linha. O operador caminha com o dispositivo de elevação assistida até o rack de peças e pega a peça, então caminha com a peça até a estação de montagem e a carrega no dispositivo de fixação. Uma vez que a peça está no lugar, o operador move o dispositivo de elevação assistida para fora do caminho para que não interfira com o resto da operação. Em vez de adicionar automaticamente um robô de orientação manual como substituto direto para a elevação assistida, vamos examinar as funções da aplicação separadamente.

Parte 1 é uma operação robótica autônoma exigindo que o robô pegue uma peça de um rack e a traga ao operador. Configurar uma cortina de luz entre o robô e o operador permitirá que o robô funcione com segurança em modo automático quando configurado adequadamente per a avaliação de risco. Isso permite que o robô alivie o operador lidando com a parte repetitiva e pesada do processo.

Parte 2 começa uma vez que o robô pega a peça e a traz para a cortina de luz. Neste ponto, o operador alcança através da cortina de luz, o que coloca o robô em uma verificação de velocidade zero com classificação de segurança. Uma vez que o interruptor de habilitação é ativado, o movimento do robô está sob controle do operador que então o guia para a área de montagem onde a peça é carregada no dispositivo de fixação. Uma vez que a peça é liberada, o operador guia o robô de volta através da cortina de luz.

Quando o interruptor de habilitação é liberado, o robô retorna à verificação de velocidade zero com classificação de segurança até que a cortina de luz seja limpa. O robô pode então retomar o modo autônomo e retornar ao rack de peças para a próxima peça. O operador realiza a operação de montagem e então envia a peça pela linha para a próxima estação. Por não ter que buscar peças manualmente do rack de peças, o tempo do operador é liberado para realizar trabalho adicional de valor agregado.

A economia de tempo pode ser suficiente para reduzir o número de estações de montagem na linha, já que o operador pode realizar trabalho adicional dentro do tempo de tarefa da primeira estação. Além disso, no final do turno, o operador estará menos cansado por não ter que caminhar entre a primeira estação e o rack de peças para cada ciclo de peça.

Exemplo de Aplicação 2

Este exemplo envolve uma estação existente de inspeção de solda colaborativa. Este sistema de Parada Monitorada de Segurança tem o robô trazendo uma estrutura soldada para um espaço de trabalho compartilhado. Uma vez que o robô para, o inspetor de solda entra no espaço compartilhado e inspeciona a solda. Quando soldas precisam de retoque, a peça pode não estar no ângulo ideal para soldar. Em vez de exigir que um técnico vá à célula e dê jog no robô, a orientação manual é usada. A alça de orientação manual é anexada à ferramenta em um local conveniente para o inspetor de solda acessar.

Habilitar a orientação manual permite que a peça seja facilmente movida para a posição correta para retoques de solda. Isso também permite que o inspetor visualize múltiplos lados da peça movendo-a manualmente com a alça de orientação manual. Esta aplicação agora incorpora dois tipos de operação colaborativa e é um exemplo de como múltiplos tipos de operação colaborativa podem ser engenhados juntos para fornecer a solução de manufatura ideal.

Exemplo de Aplicação 3

Uma boa aplicação inicial/DIY envolve usar orientação manual para simplificar um processo de visão onde estilos de peças ou bandejas são alterados manualmente. A configuração do sistema primeiro requer que o operador coloque uma bandeja de peças em uma mesa. O robô usa visão para encontrar a bandeja e a primeira peça, e então começa o processo.

Conforme as bandejas de peças mudam, a posição de visualização do robô deve ser ajustada. Usar orientação manual pode aliviar o operador de ter que colocar o robô em modo de ensino para fazer alterações de ‘localização de visão’ no pendant de ensino. Uma vez que esta função é pré-programada, o operador pode fazer as alterações necessárias usando a ferramenta de orientação manual. O botão de processo extra na ferramenta de orientação manual comunica que o operador moveu o robô à mão para uma nova posição de ‘localização de visão’. O robô então usa a nova posição ensinada com orientação manual até a próxima mudança de bandeja de peças.

Para novos usuários ou faça-você-mesmo, este método é extremamente fácil de usar comparado a modificar um programa de robô e ajuda a economizar tempo valioso.

Exemplo de Aplicação 4

Muitas oficinas de solda de alta mistura/baixo volume estão experimentando falta de soldadores treinados e qualificados. Adicionar orientação manual a um robô de solda a arco permite que um operador com conhecimento básico de solda ensine facilmente programas para soldar suas peças de pequenos lotes. O operador usa orientação manual para mover a tocha de solda, para que o arame esteja na posição adequada para a junta de solda. Os botões no hardware de orientação manual fornecem uma interface de usuário simples que torna fácil criar um programa inteiro para qualquer peça. O operador pode então deixar o robô soldar a peça enquanto eles passam para a próxima estação de solda.

Orientação manual de robô alivia a necessidade do soldador ser proficiente em jogging e programar o robô com o pendant de ensino. Permitindo que o soldador programe o robô rápida e facilmente, eles são capazes de manter a produção rodando em múltiplas estações com uma alta mistura de peças.

À medida que mais fabricantes de pequeno a médio porte implementam robôs para lidar com uma variedade de aplicações e processos, ferramentas e técnicas de orientação manual continuarão a expandir em funcionalidade e se tornar ainda mais fáceis de usar.

Este artigo foi contribuído pela FANUC America Corp., Rochester Hills, MI. Para mais informações, visite aqui .