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西克應(yīng)用
概述
隨著具備集成安全功能的協(xié)作機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大，其易用性與快速部署優(yōu)勢(shì)吸引了大量應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用中，人機(jī)協(xié)作（HRC）的安全防護(hù)難度遠(yuǎn)超用戶預(yù)期，尤其是機(jī)器人末端執(zhí)行器周圍的擠壓風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)，僅依靠機(jī)器人自身的力和功率限制無法滿足安全需求。目前，行業(yè)多通過設(shè)置大范圍防護(hù)區(qū)域或加裝圍欄來保護(hù)末端執(zhí)行器危險(xiǎn)區(qū)域，真正的人機(jī)協(xié)作應(yīng)用難以落地。
SICK 推出的機(jī)器人臂端防護(hù)裝置（End-of-Arm-Safeguard，簡(jiǎn)稱 EOAS） ，作為全球首款針對(duì)機(jī)器人工具和工件區(qū)域的非接觸式防護(hù)解決方案，有效降低擠壓風(fēng)險(xiǎn)，為協(xié)作安全理念開辟全新可能。
01
行業(yè)背景與安全挑戰(zhàn)
1.1 協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀
近年來，具備集成安全功能的工業(yè)協(xié)作機(jī)器人市場(chǎng)份額顯著提升。其操作便捷、部署迅速的特點(diǎn)，使其在眾多領(lǐng)域具備高吸引力，大規(guī)模落地人機(jī)協(xié)作應(yīng)用的前景曾為機(jī)器人行業(yè)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。
但實(shí)際場(chǎng)景中，人機(jī)協(xié)作應(yīng)用的安全防護(hù)存在諸多復(fù)雜問題：機(jī)器人末端執(zhí)行器（工具）及所攜帶工件的擠壓風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)難度極高，僅依靠機(jī)器人自身的力和功率限制，無法達(dá)到理想的安全防護(hù)效果，導(dǎo)致真正的人機(jī)協(xié)作應(yīng)用較少實(shí)現(xiàn)。
1.2 核心安全挑戰(zhàn)
在協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用中，力控型機(jī)器人雖能在超過設(shè)定力限時(shí)停止運(yùn)行，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)與其他安全措施，可限制機(jī)器人手臂與人體碰撞或擠壓時(shí)的接觸壓力，避免嚴(yán)重傷害。但仍面臨以下關(guān)鍵挑戰(zhàn)：
•如何防護(hù)機(jī)器人工具及工件周圍區(qū)域的安全？
•如何實(shí)現(xiàn)尖銳 / 有棱角物體的協(xié)作式搬運(yùn)？
•如何提升工人對(duì)協(xié)作應(yīng)用安全性的認(rèn)可度？
•如何平衡安全防護(hù)與生產(chǎn)效率？
•如何降低集成商與終端用戶在協(xié)作安全工程方面的難度，并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用？
02
工作原理與應(yīng)用條件
2.1 基本工作原理
EOAS 在機(jī)器人工具和工件周圍生成防護(hù)區(qū)域，當(dāng)防護(hù)區(qū)域被侵入時(shí)，立即觸發(fā)機(jī)器人減速或安全停止。
需注意：由于公差、信號(hào)處理及機(jī)器人制動(dòng)時(shí)間的影響，機(jī)器人夾具和工件周圍的防護(hù)區(qū)域長度，必須大于 “危險(xiǎn)范圍”（即從傳感器前屏測(cè)量的工具和工件長度）。
核心難題：當(dāng)機(jī)器人靠近表面作業(yè)時(shí)，如何區(qū)分傳感器視野中的操作人員手部與常規(guī)物體？可通過 “工藝點(diǎn)接近” 或 “工藝路徑” 功能解決（詳見下文）。
2.2 關(guān)鍵功能原理
2.2.1 工藝點(diǎn)接近
（Process Point Approach）
為區(qū)分傳感器視野中的常規(guī)物體與操作人員手部，EOAS 采用 “工藝點(diǎn)” 方法：
工藝點(diǎn)接近流程從 “進(jìn)入點(diǎn)” 開始，機(jī)器人沿 z 軸（從機(jī)器人工具法蘭視角）向拾取位置（即 “工藝點(diǎn)”）做直線運(yùn)動(dòng)，完成后沿原路徑返回進(jìn)入點(diǎn)。
編程階段，將上述接近運(yùn)動(dòng)與傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)作為參考模型存儲(chǔ)。
自動(dòng)運(yùn)行階段，當(dāng)機(jī)器人再次接近同一工藝點(diǎn)時(shí)，將實(shí)際接近曲線與參考模型對(duì)比；若匹配，機(jī)器人可繼續(xù)靠近表面；若不匹配（如手部侵入防護(hù)區(qū)域或工藝點(diǎn)環(huán)境變化），EOAS 立即控制機(jī)器人安全停止。
2.2.2 工藝路徑（Process Path）
對(duì)于復(fù)雜的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，可采用 “工藝路徑” 替代 “工藝點(diǎn)”：
工藝路徑支持任意方向、角度的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)編程，從 “進(jìn)入點(diǎn)” 開始，沿自定義路徑運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá) “退出點(diǎn)”
編程完成后，將路徑與傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)作為參考模型存儲(chǔ)
自動(dòng)運(yùn)行階段，機(jī)器人沿工藝路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)對(duì)比實(shí)際路徑數(shù)據(jù)與參考模型；若匹配，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；若不匹配（如手部侵入或路徑環(huán)境變化），立即安全停止
要求：進(jìn)入點(diǎn)與退出點(diǎn)需處于 “自由空間”（無傳感器防護(hù)區(qū)域侵入）
2.2.3 人貨分離平面（Muting Plane）
EOAS 人貨分離功能可將機(jī)器人工作空間劃分為協(xié)作區(qū)域與非協(xié)作區(qū)域：
•當(dāng)機(jī)器人工具法蘭穿過人貨分離平面進(jìn)入非協(xié)作區(qū)域時(shí)，EOAS 安全功能暫停
•當(dāng)機(jī)器人返回協(xié)作區(qū)域時(shí)，EOAS 安全功能重新激活
•注意：非協(xié)作區(qū)域需根據(jù)應(yīng)用專屬安全方案，通過其他方式確保安全
03
應(yīng)用領(lǐng)域與場(chǎng)景
3.1 核心應(yīng)用領(lǐng)域
目前，EOAS 主要適用于以下協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景，后續(xù)將通過 EOAS URCap 軟件升級(jí)，拓展至點(diǎn)膠、擰螺絲及非安全自動(dòng)化功能等領(lǐng)域：
•拾取與放置（Pick & Place）
•裝卸料（Machine Tending）
•搬運(yùn)與裝配（Handling & Assembly）
3.2 典型應(yīng)用場(chǎng)景
場(chǎng)景 1：半自動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)
質(zhì)量工程師在近距離分析機(jī)器人提供的檢測(cè)對(duì)象時(shí)，EOAS 可防護(hù)操作人員手部免受擠壓風(fēng)險(xiǎn)；實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)化流程的安全結(jié)合，既節(jié)省空間，又提升工人認(rèn)可度。
場(chǎng)景 2：向機(jī)器流程送料
采用 EOAS 防護(hù)危險(xiǎn)的工具 / 工件區(qū)域，替代機(jī)器人周圍的大范圍掃描防護(hù)；將安全所需空間降至最低，特別適合狹小作業(yè)環(huán)境。
場(chǎng)景 3：人員與機(jī)器人共同靠近工件料盤
操作人員向工件料盤補(bǔ)料時(shí)，機(jī)器人可正常運(yùn)行，無需整體停機(jī)，提升處理效率；實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作無手部擠壓風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)工人接受度。
04
服務(wù)與支持體系
4.1 協(xié)作機(jī)器人安全服務(wù)
SICK 提供全方位的協(xié)作與協(xié)同機(jī)器人安全服務(wù)，具體如下：
4.2 產(chǎn)品與應(yīng)用支持
SICK 建立三級(jí)支持體系，保障 EOAS 產(chǎn)品落地與應(yīng)用：
一級(jí)支持：由各中國各地域銷售單位提供應(yīng)用支持
二級(jí)支持：由SICK專業(yè)的安全解決方案團(tuán)隊(duì)提供技術(shù)與應(yīng)用支持
三級(jí)支持：由戰(zhàn)略產(chǎn)品管理與研發(fā)團(tuán)隊(duì)提供支持
SICK
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