مدهای بهره برداری از ربات های ABB

مد اتوماتیک، مد دستی با سرعت نامی و مد دستی با سرعت کاهش یافته

به منظور استفاده و بهره برداری از یک ربات صنعتی، چندین مد کاری توسط سازنده طراحی و روی کنترلر ربات تعبیه می گردد. ربات های صنعتی شرکت ABB نیز همچون بسیاری از ربات های صنعتی برندهای دیگر دارای سه مد کاری ذیل می باشند:

– مد اتوماتیک

– مد دستی (به انگلیسی : Manual) با سرعت ۱۰۰%

– مد دستی با سرعت کاهش یافته (۲۵۰mm/s)

در مد اتوماتیک همانگونه که از نام آن مشخص است ربات بصورت اتوماتیک طبق تراژکتوری تعریف شده در برنامه، توسط یک کنترلر خارجی (همچون یک PLC) از راه دور هدایت و کنترل می شود و کاربر، نقشی در راه اندازی و هدایت ربات ندارد. به عکس در مدهای کاری دستی، هدایت و کنترل ربات تماماً برعهده کاربر بوده و بسته به فرامین اعمالی توسط او از طریق تیچ پندنت، ربات هدایت و کنترل می شود. در مد کاری دستی با سرعت ۱۰۰%، ربات با سرعت نامی خود حرکت مینماید حال آنکه در مد با سرعت کاهش یافته، سرعت حرکتی ربات محدود گردیده و اغلب از این مد برای تست تغییرات اعمال شده در برنامه استفاده می شود. از آنجا که بسته به مدهای کاری فوق، میزان ایمنی کاربر متفاوت است برای هر کدام از شرایط فوق، شروط ایمنی متفاوتی در نظر گرفته شده است. در مدکاری اتوماتیک، اغلب تمامی فانکشن های ایمنی تعریف شده داخلی و خارجی همچون دکمه های توقف اضطراری، پرده های نوری، گیت ها و پد های ایمنی و… فعال می باشند اما در مد های دستی، تجهیزات ایمنی داخلی ربات فعال اما تجهیزات ایمنی خارجی (بسته به کاربرد) غیر فعال بوده و کاربر می بایست از دکمه های ایمنی تعبیه شده روی تیچ پندنت (TPU) و یا پنل اپراتوری کنترلر استفاده نماید. لازم به توضیح است در ادامه این مطلب، فانکشن ها و سیستم های ایمنی و حفاظتی در نظر گرفته شده برای ربات های شرکت ABB نیز معرفی و عملکرد فانکشنهایی همچون توقف اضطراری، توقف ایمنی، دکمه فعالسازی ربات، دکمه فشردن جهت اجرای برنامه، مدکاری با سرعت کاهش یافته و اینترلاک با سایر تجهیزات تشریح خواهد گردید. در این بخش بصورت کاربردی، مصداق های عینی فانکشن های فوق در مدهای بهره برداری از ربات مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور و جهت روشن تر شدن بحث، شکل زیر را ملاحظه نمائید که در آن، زنجیره کنترل مدارهای ایمنی (به انگلیسی : The Safety Control Chain Of Operation) ربات های شرکت ABB در سه مد کاری نشان داده شده است. طبق این شکل، سیستم ایمنی ربات مبتنی بر دو زنجیره کنترل ایمنی یکسان است که هر زنجیره متشکل از مجموعه ای سری از کنتاکتهای تجهیزات الکتریکال می باشد. برخی از کنتاکت ها تنها برای مدکاری دستی، برخی تنها برای مد کاری اتوماتیک و برخی برای هر دو مد دستی و اتوماتیک فعال می باشند.

این دو زنجیره بصورت همزمان توسط کامپیوتر ربات (به انگلیسی : Robot Computer) مانیتور و در صورت برقرار بودن تمامی شرایط، مد Motors ON فعال و توان به موتورِ محورهای ربات منتقل می گردد. بدیهی است به محض اینکه خطایی رخ دهد شرایط فوق نقض گردیده و مد Motors OFF توسط کامپیوتر فعال می شود، در این حالت توان از موتورها جدا و ترمز محورها درگیر می شوند. در اینگونه مواقع می بایست پس از رفع عامل ایجاد کننده توقف، دکمه Motor ON فشرده گردد تا شرایط استارت مجدد ربات وجود داشته باشد. ذکر این نکته نیز لازم است که وضعیت کنتاکت های زنجیره ایمنی در هر لحظه از زمان، توسط LED هایی داخل کابین ربات در مقابل برد سیستمی نمایش داده می شود. در زنجیره کنترل ایمنی نشان داده شده در شکل فوق، کنتاکت هایی نمایش داده شده است که در ادامه به بیان کارکرد آنها پرداخته می شود:

  • کنتاکت (Automatic Mode Safeguarded Space Stop (AS

کنتاکت AS به منظور تعریف کلیه شروط ایمنی لازم اعم از شستی های توقف اضطراری، پرده های نوری، پدهای ایمنی و… به منظور استفاده و کار با ربات در مد اتوماتیک استفاده می گردد. به عبارت دیگر، کلیه شروط ایمنی موردنیاز برای کار ربات در مد اتوماتیک به این کنتاکت متصل می شود.

  • کنتاکت (Manual Mode Safeguarded Space Stop (MS

کنتاکت MS به منظور تعریف کلیه شروط ایمنی لازم اعم از شستی های توقف اضطراری، پرده های نوری، پدهای ایمنی و… به منظور استفاده و کار با ربات در مد دستی استفاده می گردد.به عبارت دیگر، کلیه شروط ایمنی موردنیاز برای کار ربات در مد دستی به این کنتاکت متصل می شود.

  • کنتاکت (General Mode Safeguarded Space Stop (GS

کنتاکت GS به منظور تعریف کلیه شروط ایمنی لازم اعم از شستی های توقف اضطراری، پرده های نوری، پدهای ایمنی و… به منظور استفاده و کار با ربات در هر دو مد دستی و اتوماتیک استفاده می گردد. به عبارت دیگر، کلیه شروط ایمنی موردنیاز برای کار ربات که بین دو مد دستی و اتوماتیک مشترک است، به این کنتاکت متصل می شود.

  • کنتاکت توقف اضطراری (Emergency Stop (ES

منظور از کنتاکت ES در زنجیره ایمنی، شستی توقف اضطراری تعبیه شده روی تیچ پندنت ربات و همچنین پنل اپراتوری آن می باشد.

  • کنتاکت (Limit Switches (LS

در برخی از کاربردها لازم است تا میزان حرکت محورهای ربات محدود گردد و از این طریق فضای ایمنی بیشتری برای اپراتوران خطوط تولید فراهم شود. کنتاکت LS برای این منظور در نظر گرفته شده است و از طریق اتصال لیمیت سوئیچ های مکانیکی قابل تنظیم یا لیمیت سوئیچ های الکتریکی میتوان محدوده حرکتی محورهای ۱،۲ و ۳ ربات را محدود ساخت. در صورت انجام این کار، پارامترهای مربوطه در نرم افزار ربات نیز میبایست تغییر داده شوند.

 ذکر این نکته نیز لازم است که کنترلر ربات توسط سازنده به تعدادی وسیله ایمنی تجهیز گردیده است (همچون دکمه های توقف اضطراری روی پنل اپراتوری و تیچ پندنت، مد کاهش سرعت، دکمه های فعالساز و فشردن جهت اجرا روی TPU) با این وجود لازم است بسته به هر کاربرد، تجهیزات ایمنی دیگری به سیستم ایمنی و حفاظتی ربات اضافه گردد. نمونه هایی از این تجهیزات اضافی در شکل زیر نشان داده شده است. این تجهیزات ایمنی و حفاظتی اضافی از طریق ترمینالهایی که روی کنترلر ربات توسط سازنده تعبیه شده، بسته به مدکاری ربات طبق توضیحات بیان شده فوق متصل می گردند.

توابع ایمنی در نظر گرفته شده برای ربات های ABB

علل و عوامل ایجاد کننده مخاطره و راهکارها

ربات های صنعتی در مقایسه با دیگر ابزارهای ماشینی از درصد ایمنی نسبتاً بالایی برخوردارند، اما با این وجود، ربات حتی در سرعت های پایین، تجهیزی قدرتمند و بسیار سنگین است و هرگونه برخورد منیپولیتور ربات یا ابزارهای متصل به آن به بدن انسان میتواند جراحات و صدمات شدیدی به دنبال داشته باشد. غیرقابل پیش بینی بودن حرکات ربات، یکی از تفاوت های اساسی مابین ربات و دیگر ماشین آلات صنعتی می باشد و کاربران می بایست آگاه باشند که یک توقف کوتاه در عملکرد ربات، ممکن است با یک حرکت سریع ادامه یابد. اشتباهات زیادی که اپراتورها در رابطه با عمل ربات ممکن است انجام دهند عبارتنداز:

– اگر بازوی ربات در حال حرکت نباشد ممکن است فرض شود که ربات حرکت نخواهد کرد.

– اگر بازوی ربات در حال حرکت آهسته باشد ممکن است فرض شود که حرکت آهسته را ادامه خواهد داد.

– اگر به بازوی ربات دستور حرکت دهند ممکن است فرض شود که ربات همان دستور را حتماً انجام خواهد داد.

– اگر بازوی ربات مسیر مشخصی را تکرار کند ممکن است فرض شود که بازوی ربات این مسیر مشخص را دائماً تکرار خواهد کرد.

عواملی همچون اشتباه در برنامه نویسی ربات، خرابی کنترلر ربات یا مدارات هیدرولیک و پنوماتیک آن، اشتباه انسان هنگام کار کردن نزدیک به ربات مخصوصاً در زمان برنامه نویسی، آموزش یا انجام تعمیرات، عدم آشنایی با پروسه کاری ربات و یا فرآیند خطوط تولید و… از جمله عواملی است که می بایست به عنوان منابع بلقوه بروز حادثه به هنگام کار با ربات تلقی گردد. از آنجا که برخورد با قطعات متحرک ربات و یا وسایل و ابزاری که توسط ربات حمل میشود، یکی از کانون های اصلی بروز حادثه است، برای ربات های صنعتی، یک محدوده مشخص به عنوان فضای کاری تعریف می گردد که حضور انسان در آن فضای کاری به هنگام کار ربات ممنوع بوده و این محیط و محدوده ی خطرآفرین، به طور مشخصی از دیگر محیط های کاری مجزا می گردد.

خوشبختانه امروزه، ربات های صنعتی تحت استانداردهای معتبر بین المللی طراحی و ساخته می شوند و سطوح ایمنی مختلفی برای آنها در نظر گرفته می شود. در سطح نخست، ربات بصورت داخلی وظیفه مانیتور نمودن دائمی وضعیت عملگرهای ایمنی را برعهده داشته و به محض برداشته شدن یکی از شروط تعریف شده، سریعاً ربات متوقف و برق قسمت های متحرک قطع می گردد. در سطح دوم، برای ربات یک فضای کاری مشخص تعریف می شود و این فضای کاری از طریق تجهیزات و ادوات ایمنی مختلف از سایر فضاهای کاری ایزوله می گردد و بدین ترتیب از ورود انسان بدان فضا جلوگیری بعمل می آید. در صورت تشخیص حضور فرد در آن فضا، ربات فوراً متوقف می گردد. سطح آخر مربوط به زمانی است که به هر دلیل دو سطح ایمنی قبلی نقض گردیده و حادثه ای برای کاربر با اپراتور رخ داده است، در این شرایط، توابع ایمنی خاصی در نظر گرفته شده است تا فوراً از عملکرد ربات جلوگیری و شرایط ایمن محقق گردد.

شرکت ABB به عنوان یکی از معتبرترین شرکت های سازنده ربات های صنعتی در جهان، تحت استانداردهای معتبر بین اللملی همچون ISO10218 ،ISO11161 و IEC204-1 توابع و فانکشن های ایمنی ذیل را برای ربات های خود در نظر گرفته است:

– توقف اضطراری (به انگلیسی : Emergency Stop Button)

موقعیت یا شرایطی است که به تمامی سیستم های کنترلی ربات ارجحیت دارد. در این حالت، تمامی فرامین کنترلی ربات از آن برداشته شده، توان از محرک محورهای ربات جدا و تمامی بخش های متحرک ربات متوقف میگردد. ضمناً در مد توقف اضطراری (ES)، برق سایر فانکشن های خطرناکی که توسط ربات کنترل می شوند نیز قطع می گردد.

– دکمه فعال ساز دستگاه (به انگلیسی : Enabling Device)

شرطی است که در مد استفاده دستی از ربات، مادامی که تنها در یک وضعیت مشخص و بطور پیوسته فعال باشد اجازه عملکرد توابع خطرناک را میدهد و در صورت برداشته شدن این شرط، فوراً عملکرد ربات متوقف می گردد. این دکمه روی تیچ پندنت رباتها قرار دارد و بصورت فشاری دارای سه وضعیت است. با قرارگیری دکمه در وضعیت میانی، فعال می گردد. هدف از این دکمه آن است که اگر در حین کار با ربات در مد دستی، برخوردی با کاربر صورت پذیرد، این شرط فوراً برداشته و ربات متوقف گردد.

دکمه فشردن جهت اجرا (به انگلیسی : Hold to Run)

شرطی است که در مد استفاده دستی از ربات با سرعت ۱۰۰%، مادامی که بطور پیوسته فعال باشد اجازه حرکت ربات را میدهد و در صورت برداشته شدن این شرط، فوراً عملکرد ربات متوقف می گردد. این دکمه روی تیچ پندنت رباتها قرار دارد و بصورت فشاری است. هدف از این دکمه آن است که اگر در حین دستی کار با ربات، مشکلی برای کاربر رخ دهد این شرط فوراً برداشته و ربات متوقف گردد.

– توقف ایمنی (به انگلیسی : Safety Stop)

یک شرط داخلیِ کنترلر ربات (بصورت نرم افزاری) است که قبل از آنکه هرگونه حرکتی در ربات برنامه ریزی شود، از برقراری کلیه شرایط ایمنی و حفاظتی تعریف شده برای ربات و اینترلاک های مشخص شده با سایر تجهیزات، اطمینان حاصل می نماید. در این حالت در صورت قطع و وصل مجدد پاور کنترلر (ریست شدن آن)، مادامیکه دکمه مربوطه فشرده نشود و موارد ایمنی چک نگردد، هیچگونه حرکتی برای ربات برنامه ریزی نخواهد شد.

– مد حرکتی با سرعت کاهش یافته (به انگلیسی : Reduced Speed Mode)

یک نوع مد حرکتی است که به منظور فراهم نمودن زمان کافی جهت خروج افراد از منطقه خطر و یا متوقف نمودن ربات در شرایط خطرناک، توسط سازنده ربات روی کنترلر تعبیه می گردد و این مد، بصورت اتوماتیک سرعت ربات را در یک مقدار معین محدود می سازد.

– اینترلاک (به انگلیسی : Interlock)

شرطی است مابین دو تجهیز همچون دو بخش مختلف سیستم کنترلی ربات یا مابین کنترلر ربات و سیستم (های) حفاظتی در نظر گرفته شده برای آن که عملکرد آنها را بهم وابسته می نماید.

به منظور روشن شدن کاربرد موارد فوق، یک خط پرس رباتیک را در نظر بگیرید که در آن ربات ها مابین دستگاه های پرس قرار گرفته اند و قطعات را بین آنها جابجا می نمایند. به منظور ایمنی پرسنل، فنسهایی دور فضای کاری دستگاه های پرس و ربات ها تعبیه می گردد تا از ورود پرسنل به داخل این فضاهای خطرناک جلوگیری شود. با این وجود ممکن است فردی بدون رعایت موارد ایمنی وارد این فضای کاری شود لذا لازم است تا به منظور ایمنی بیشتر، کلیه دربهای ورودی به قفل های ایمنی مجهز شوند در تا در صورت باز بودن درب، عملکرد ربات متوقف گردد. بدیهی است که در شرایط عادی، ربات برداشتی از باز بودن درب فضای ایمنی ندارد، لذا میتوان سیگنال باز بودن درب را بصورت اینترلاک برای ربات تعریف نمود تا تنها در صورت بسته بودن درب، ربات به حرکت خود ادامه دهد. تجهیزات ایمنی دیگری (همچون پرده های نوری) نیز می بایست مابین دستگاه پرس و ربات تعبیه گردد تا ربات تنها هنگامی، قطعه را زیر پرس قرار دهد یا قطعه را از زیر آن بردارد که اسلاید پرس در موقعیت مرگ بالا قرار داشته باشد.

حال شرایطی را در نظر بگیرید که کاربر به منظور اصلاح مسیر حرکتی ربات (تیچ نمودن ربات)، در مد دستی از آن استفاده می نماید. در این مد، کاربر می بایست دکمه ای را روی تیچ پندنت ربات (Enabling Device/Hold to Run) فشار دهد تا امکان حرکت ربات مهیا گردد. اگر ربات پس از تغییر مسیر با سرعت کاری نرمال خود حرکت نماید احتمال برخورد آن با فرد یا اشیاء اطراف وجود خواهد داشت لذا در اینگونه شرایط، وجود مد کاری دستی با سرعت کاهش یافته و دکمه توقف اضطراری جهت تست مسیر حرکتی تغییر یافته ضروری خواهد بود. در صورتیکه کاربر از این مد استفاده ننماید و بر اثر اشتباه او، ربات با او برخورد نماید و فرد تعادل خود را از دست بدهد، دست او از دکمه های Enabling Device/Hold to Run برداشته شده و فوراً ربات متوقف می گردد. بسته به شرایط ممکن است از تعداد زیادی تجهیز ایمنی و حفاظتی خارجی همچون پرده نوری، اسکنر لیزری، شستی های توقف اضطراری و… در قسمت های مختلف استفاده شود و به مدار ایمنی داخلی ربات افزوده گردد. این مثال، نمونه ای از کاربرد موارد ایمنی ذکر شده بود، با این وجود، در شرایط بهره برداری اتوماتیک از ربات هیچ کس نباید در فضای کاری ربات قرار گیرد و در هیچ زمان و تحت هیچ شرایطی، هیچگونه تجهیز ایمنی و یا مدار حفاظتی نباید حذف و یا تغییر داده شود. یک نمونه تیچ پندنت نسل چهارم ربات های ABB و دکمه های ایمنی تعبیه شده روی آن در شکل زیر نشان داده شده است.