Коботы в металлообработке: где уместны, где нет и что говорят стандарты

Что такое кобот по стандартам

Коллаборативный робот — промышленный робот, спроектированный для работы в общем с человеком пространстве. Требования к нему в России задают три национальных стандарта, все действующие:

ГОСТ Р 60.1.2.3-2021 прямо говорит, что дополняет требования ИСО 10218-1 и ИСО 10218-2 и распространяется на промышленные робототехнические системы. То есть кобот — это тот же промышленный робот, к которому добавлены условия работы рядом с человеком.

Четыре способа совместной работы

ГОСТ Р 60.1.2.1-2016 (раздел 5.10) требует, чтобы робот для совместной работы имел визуальную индикацию этого режима и выполнял хотя бы один из четырёх способов. ГОСТ Р 60.1.2.3-2021 развивает те же четыре способа для системы в целом. В одной ячейке их можно сочетать.

Контролируемая остановка с расчётной безопасностью. Робот стоит, пока человек находится в совместном рабочем пространстве, и остановка контролируется системой безопасности. Когда человек уходит, робот может продолжить работу автоматически. Пример — оператор меняет тару с деталями, а робот ждёт у границы зоны.

Проведение робота вручную. Оператор ведёт робот рукой через устройство рядом с рабочим органом. По стандарту на устройстве должны быть аварийный останов и деблокирующее устройство, а скорость контролируется системой безопасности; её предел задают по оценке рисков. Так подводят деталь или учат точки сварки.

Контроль скорости и безопасного расстояния. Робот и человек двигаются одновременно, а система безопасности по датчикам держит заданную скорость и расстояние до человека. Если выдержать их не удаётся — защитная остановка. Минимальное расстояние считают с учётом относительной скорости человека и робота по ИСО 13855.

Ограничение мощности и усилия. Контакт с человеком допускается, но мощность и усилие ограничены конструкцией или системой управления; превышение предела вызывает защитную остановку. Допустимые значения зависят от области тела и вида контакта — кратковременный удар или зажатие; их приводит справочное приложение ГОСТ Р 60.1.2.3. Этот способ обычно и имеют в виду, когда говорят «кобот без ограждения».

Стандарт отдельно подчёркивает: робот — только компонент системы, и его самого недостаточно для безопасной совместной работы. Применение определяют оценкой рисков при проектировании ячейки.

Где коботы уместны в металлообработке

Кобот хорош там, где деталь лёгкая, цикл не самый короткий, номенклатура меняется, а человек всё равно подходит к зоне работы.

• Загрузка станков с ЧПУ. Самое частое применение: кобот берёт заготовку с тележки или стола, ставит в тиски или патрон, снимает деталь. Universal Robots прямо позиционирует UR30 под обслуживание станков с ЧПУ и тяжёлые заготовки. Подробнее о вариантах загрузки — в статье «Автоматизация загрузки станков».
• Сварка малых серий. Сварщик ведёт кобот рукой по шву, записывает точки и запускает сварку. Ограничения сварки роботом те же, что у обычного: точные заготовки и кондуктор, см. «Роботизированная сварка».
• Контроль. Подвод детали к датчику, камере или измерительной станции, сортировка годных и брака.
• Паллетирование и перекладка. Укладка лёгких деталей в тару в конце линии; FANUC относит к этим задачам CRX-30iA.

Где кобот не подходит

Грузоподъёмность и досягаемость по паспортам

Цифры ниже — с сайтов производителей. Грузоподъёмность — это нагрузка на фланце: масса схвата входит в неё.

Масса на фланце — сумма схвата и всех деталей, которые он держит одновременно. У станка часто работают двойным схватом: он приносит заготовку и забирает деталь за один подход, и в момент обмена в нём две детали.

Пример. Заготовка 4 кг, двойной схват 3 кг (условные значения), кобот UR10e на 12,5 кг. На фланце: 3 + 2 · 4 = 11 кг. Запас — 12,5 − 11 = 1,5 кг, загрузка по массе — 11 / 12,5 = 88 %. Это на грани: если центр тяжести детали далеко от фланца, по диаграмме нагрузки из руководства допустимая масса может оказаться меньше 11 кг. Тогда выбирают робот классом выше или одинарный схват, если это позволяет цикл.

Досягаемость считают от оси основания до фланца. Добавьте длину схвата и детали и проверьте, что робот достаёт до дальней точки стола, патрона или тисков с нужной ориентацией, а не просто «дотягивается» вытянутой рукой.

Как принимать решение

1. Опишите применение. Детали и их массы, цикл станка или процесса, как часто подходит человек и зачем.
2. Выберите способ совместной работы. Если человек подходит только сменить тару — хватит контролируемой остановки или контроля расстояния. Контакт с роботом во время движения допустим только при ограничении мощности и усилия.
3. Посчитайте цикл в реальном режиме. Скорость в совместном режиме ниже паспортной максимальной.
4. Проверьте нагрузку и досягаемость по формуле и диаграмме нагрузки.
5. Сделайте оценку рисков всей ячейки со схватом, деталью и станком. Если выходит, что нужны ограждение и сканеры, сравните стоимость с обычным промышленным роботом — он будет быстрее и сильнее.

Как роботы применяют в цехе в целом и как считать окупаемость ячейки — в статье «Промышленные роботы в металлообработке». Как измерить эффект на загрузке станка — в статье «Загрузка оборудования и OEE».