Ihmisen ja robotin yhteistyö haasteita ja mahdollisuuksia

Transkriptio

1 Ihmisen ja robotin yhteistyö haasteita ja mahdollisuuksia Konepajateollisuuden tulevaisuus ja tekniikat - seminaari, Timo Salmi, Otso Väätäinen, Timo Malm, Ilari Marstio, VTT

2 Teollisuusrobotiikan tutkimusta tuotanto- ja konejärjestelmät tiimissä VTT:llä Teknologian tutkimuskeskus VTT

3 3 Tutkimusteema Joustavat robottijärjestelmät robottijärjestelmät edistykselliset sovellukset mukautuvuutta ja joustavuutta älykkyyttä lisäämällä muunneltavat järjetelmät ihminen-robottiyhteistyö kehittyneet turvajärjestelmät

4 4 Robotiikkalaboratoriot Espoossa, Tampereella ja Oulussa

5 5 Joustavat robottijärjestelmät Joustavat tuotantojärjestelmäratkaisut järjestelmien, linjojen ja konseptien suunnittelu materiaalikäsittelyketjut, tehdaslayoutit liikuteltavat robottijärjestelmät joustavuuden ja muunneltavuuden ratkaisut virtuaaliset järjestelmät ja simulointi Kokoonpano ja pakkaus Joustavat ja modulaariset kokoonpanojärjestelmät DFMA valmistusystävällinen tuotesuunnittelu Voimaohjattu kokoonpano Materiaalinkäsittely Osien syöttö, joustava syöttö 2D- ja 3D-konenäkö materiaalinkäsittelyssä Bin picking tarraimet kiinnittäminen

6 6 Joustavat robottijärjestelmät Robottien prosessisovellukset hitsaus, jäysteenpoisto, koneistus, koristelu, maalaus joustavat ratkaisut ja sovultuvuustestit kappaleiden kalibrointi kappaleiden mittaaminen voimaohjattu hionta ja jäysteenpoisto jäysteenpoiston menetelmät pintojen suoratulostus

7 7 Ihmisen ja robotin yhteistyö Yhteistyön tilanteita ohjelmointi häiriöiden selvitys materiaalinkäsittely varsinainen ihminen-robotti-yhteistyö prosessin yhteydessä Perinteinen lähtökohta yhteistyölle ihminen ja robotti erotetaan toisistaan ihminen tulee robotin alueelle, robotti pysähtyy erillisellä sallintalaitteella hidas liike (< 250 mm/s) sallittua, jos ollaan robotin työalueella

8 8 Tärkeimmät vaarat liikkuvan robotin törmäys ihmiseen puristumisvaara lentävät esineet, kipinät yms. Ihmisen ja robotin yhteistyö Robotiikan tapaturmatutkimuksen tuloksia vuoteen 2006 asti analysoituina. Kaikkiaan tapaturmia sattuu 33/vuosi. Enimmäkseen lieviä, ollut lisääntyvä trendi.. Vakavia robottitapaturmia oli sattunut yhteensä 25 kpl. Kuolemaan johtaneita tapaturmia roboteilla/manipulaattoreilla oli sattunut 3 kpl. Vakavista tapaturmista 23/25 johtui puristumisista. Olisiko robottiin integroiduista turvatoiminnoista apua puristumisiin? Voimatakaisinkytkentä? Kevyet robotit? Robotin turvallinen liike puristustilanteissa? Robotin isku on harvoin aiheuttanut vakavan tapaturman. Turvallisuusvaatimukset tältä osin riittäviä (?).

9 9 JATKUVAN SIGNAALIN KATKEAMINEN SIGNAALI SAADAAN HAVAITTAESSA KOHDE TUNTOMATTO PERINTEISIÄ TURVALAITTEITA TUNTOREUNA VALOKENNO VALOVERHO KONENÄKÖ - KAMERA LASERSKANNERI OPTINEN LÄHESTYMIS- KYTKIN MIKROAALTO- ANTURI ULTRAÄÄNI- ANTURI PASSIIVINEN INFRAPUNAILMAISIN Turvalaitteissa vikaantuminen ei aiheuta vaaratilannetta, vikaantuminen tapahtuu turvalliseen suuntaan. Vaihtoehtoisesti turvallisuus taataan kahdennetulla järjestelmällä. 9

10 10 Turvamääräykset ihminen robotti yhteistyöhön Vanhat turvamääräykset tai perinteinen lähestymistapa ovat käytännössä edellyttäneet, että robotti on eristetty ihmisestä turvaaidoilla. Perinteiseen turvahäkkiin suljetun robotin työkierron ja ohjelman joutuu pysäyttämään, jos työntekijällä on tarve päästä robotin työalueelle. Solun uudelleenkäynnistäminen vaati servojen, sekä ohjelman uudelleen käynnistämisen, joka on sekä hidasta että hankalaa jatkuvasti tehtynä. Uudet koneturvallisuusstandardit ja uusi turvatekniikka ovat tuoneet uudenlaisia mahdollisuuksia ihmisen robotin yhteistyöhön.

11 11 UUTTA TURVATEKNIIKKAA Turvaohjaimet softapohjaiset ohjaimeen integroidut järjestelmät alueiden rajaus, nopeuden rajaus Uusia turvalaitteita kameraan perustuvat turvajärjestelmät laserpohjaiset Luontaisesti turvalliset robottijärjestelmät kevyet robotit, hidastaminen, voimatakaisinkytketyt robotit pehmustus, törmäystunnistus DLR JUSTIN DLR LWR III Pilz, Safety Eye KUKA, KR 3 SI Laser Scanner, Schmersal 11 Neuronics Katana

12 12 Ihmisen ja robotin yhteistyö Teollisuusrobotit ovat väsymättömiä, ne pystyvät toistamaan samoja liikkeitä tarkasti suurillakin kuormilla. Ihminen on robottiin verrattuna älykäs, luova ja erittäin joustava. Useissa tehtävissä parhaaseen tulokseen päästään, jos robotin ja ihmisen parhaimmat puolet saadaan yhdistettyä, tällöin robotin ja ihmisen on voitava työskennellä läheisessä yhteistyössä. Osa tehtävistä on voi olla hyvin vaikeita automatisoida, jolloin yksinkertaisempi ratkaisu on ihminen-robottiyhteistyö. Keskeinen vuorovaikutteisen robotiikan yleistymisen este on ollut yhteistyön turvallisuus. Robotin ja ihmisen työskentely yhteistyökumppaneina on ollut turvallisuuden näkökulmasta vain harvoin mahdollista. Ihmiset ja robotit on vielä pääsääntöisesti pitänyt erottaa toisistaan aidoilla ja turvalaitteilla.

13 13 Ihmisen ja robotin yhteistyön muotoja Välittäjä: Valokennoaukko häkissä, hihna, pyörityspöytä, turvarobotti. Välitysikkuna Ihmisen lähestyessä ikkunaa robotin nopeus pudotetaan turvanopeuteen, automaattiajo jatkuu. Turvavyöhyke Robotti pysähtyy turvavyöhykkeen rajan ylittyessä, lähellä rajaa turvanopeus Pakkokäyttöisten kytkimien käyttö Ihmisen lähestyessä robottia turvanopeus tai pysäytys Yhteinen työtila 13

14 14 Ihmisen ja robotin yhteistyön muotoja Ihmisen saapuessa alueelle robotti siirtyy turvanopeuteen. Prosessin tarkkailu Robotin liikuttaminen kädellä, toiminta tietyllä alueella Opastetut robotit 14

15 15 Uudet ns. turvalliset robotit Vanhan standardin SFS EN ISO :2006; mukaan, jos robotin turvallisuus perustuu pieneen voimaan, dynaaminen teho 80 W tai staattinen voima 150 N ei saa ylittyä (laipan tai työkalupisteen kohdalla). Leikkaus ja pistovaarat voivat rajoittaa tämän keinon käyttöä. voima ja nopeus hyvin rajoitettu -> törmäys ja puristus ei ole vaarallinen muotoilulla puristuminen pyritään estämään -> ei puristusvaaraa robotin pehmentäminen -> törmäyksen vaikutukset minimoidaan tästä löytyy kaupallisia ratkaisuja sekä prototyyppejä. Uudessa standardissa (2011) asia menee hienojakoisemmaksi, yhtä voimarajaa ei ole annettu. viittaus julkaisemattomaan tekniseen spesifikaatioon ISO/CDTS voima riippuu, mihin ruumiinosaan kohdistuu ja missä suunnassa se tulee Tarve olisi myös vastaavanlaisista keskisuurista ja isoista roboteista, mutta niiden turvallisuutta ei ole vielä saatu kehitettyä riittävälle tasolle. Pelkkä turvallinen robotti ei takaa vielä koko sovelluksen turvallisuutta.

16 16 UR5 ja 10 Universal Robots UR5 ja UR10 6-akselinen, hyötykuorma 5 tai 10 kg kehitetty pk-teollisuuteen Kevyt, käsin nostettavissa Ulottuma mm, tarkkuus ± 0,1 mm Ominaisuudet perinteiseen robottiin verrattuna: Taluttamalla opettaminen sisäänrakennettuna Törmäystunnistin on erittäin herkkä, robotin voi asentaa ilman turvahäkkiä ihmisten sekaan ja se täyttää EU:n turvastandardit Edullisempi kuin perinteinen robotti Käyttöliittymä on pyritty rakentamaan helppokäyttöiseksi Kaikki nivelet kääntyvät 360 astetta (perinteisissä yleensä ainakin osa nivelistä vähemmän) Käyttöjännite 230 V (perinteiset vaativat voimavirtaa) Hidas, TCP-nopeus vain 1 m/s. Vastaava perinteinen robotti esim. 2,5 m/s Tarkkuus ±0,1 mm on kohtuullinen, mutta perinteisillä pienillä teollisuusroboteilla ~±0,05 mm

17 17 Esimerkkejä yhteistyöstä Kevytrakenteinen avustava robotti Robotti on hyvin kevytrakenteinen, painaen vain 4,3 kg. Robotti pystyy käsittelemään 500 g:n kuormaa. Robottia voidaan ohjelmoida käsin ohjaamalla. Ihminen ohjaa itse toimilaitetta, ja robotti poimii valmiit kappaleet pois Kevytrakenteisuuden ansiosta robotti ei kanna mukanaan suurta liike-energiaa Robotin nopeus on 90 /s per akseli Robotin pintaan on asennettu pehmusteita ja paineantureita, jotka pysäyttävät robotin Robotteja käytössä teollisuudessa Robotin hitaus rajoittaa käyttökohteita

18 18 Esimerkkejä yhteistyöstä Robotti samalla linjalla yhteistyössä ihmisten kanssa. Olemassa olevalle linjalle ei voinut laittaa perinteisillä turvalaitteilla varustettua robottia, ilman suuria muutoksia. UR 5-robotit levittävät liimaa tiskialtaiden kokoonpanolinjalla. Robottien avulla työntekijöiden ei tarvitse tehdä monotonista ja tarkkuutta vaativaa työvaihetta.

19 19 Esimerkkejä yhteistyön muodoista Robotti samalla linjalla yhteistyössä ihmisten kanssa UR5-robotit tarkastavat (konenäön avulla), kiristävät ja asentavat osia lentokoneen penkkeihin. Robotti pysähtyy automaattisesti, jos 150 N voima ylittyy robotin ja työntekijän törmätessä (turvastandardi). Työntekijät voivat ohjelmoida robottia uudelleen taluttamalla.

20 20 DLR:n demonstraatio Automatica2010-messuilla LWR:illä rakennettu työpiste, jossa esiteltiin ihmisen ja robotin väliseen yhteistyöhön liittyviä ominaisuuksia. PMD-anturilla varustettu robotti väisteli ihmisiä. Robotissa on herkät ja nopeasti reagoivat voima-anturit jokaisessa akselissa. Törmäys on hyvin hellävarainen. Robotti oli helposti liikuteltavissa käsin. Sille oli kuitenkin määritelty virtuaaliset seinät, joihin nähden se oli hyvin tiukka. Robotti suoritti vakioliikerataa. Jos tarttui robottiin ja nosti sen ylös, se jäi roikkumaan ikäänkuin virtuaaliseen koukkuun. Se oli palautettavissa takaisin liikerutiiniin nykäisemällä se alas. Samasta robotista on tullut KUKAn uudelleenrakentama kaupallinen versio.

21 21 KUKA LBR iiwa uudelleenrakennettu ja kaupallistettu DLR LWR 7-akselinen robotti, kevytrakenteinen 7 ja 14 kg kuorman versiot voima-anturointia hyödynnetään sekä turvallisuudessa että toiminnallisuudessa opettaminen johdattamalla monipuolisia turvatoimintoja alueittain määriteltävissä turvamoodi: nopea ja tarkka tai turvallinen ja hitaampi tietyn suuntainen tönäisy robottiin voi olla osa käyttöliityntää

22 22 tullee markkinoille 2015 Prototyyppi ABB YuMi kaksikätinen robotti, 7 akselinen robotti teollisuuden kokoonpanoon soveltuva vaaraton robotti, joka voi toimia yhdessä ihmisten kanssa ihmistä mukailevat käsivarret ja runko, johon on integroitu IRC5 ohjain täydentää ihmistyövoimaa skaalattavassa automaatiossa pehmustetut kaksi käsivartta varmistavat turvallisen tuottavuuden ja joustavuuden kevyt rakenne, pieni kuorma, pieni inertia, hitaat liikkeet, kaksi käsivartta älykkäät liikkeet taustalla useita tutkimuslaitoksia ja projekteja

23 23 Suomen Robotiikkayhdistyksen julkaisu: VUOROVAIKUTTEISEN ROBOTIIKAN TURVALLISUUS Tieteiskirjallisuuden ja -elokuvien esittämien visioiden pohjalta ihmiset odottavat robotista kumppania etenkin toistuviin ja raskaisiin töihin. Tämä visio tulevaisuuden robotista on toteutumassa, kun monia tarvittavia tekniikoita on tulossa lähivuosina markkinoille. Eräs keskeinen vuorovaikutteiseen robotiikkaan liittyvä puute on ollut yhteistyön turvallisuus. Robotin ja ihmisen työskentely yhteistyökumppaneina on ollut turvallisuuden näkökulmasta vain harvoin mahdollista. Ihmiset ja robotit on vielä pääsääntöisesti pitänyt erottaa toisistaan aidoilla ja turvalaitteilla. Tulossa olevat turvaohjaimet, robotin voiman tarkka hallinta ja monet uudet anturitekniikat antavat lupauksia uusista ihmisen ja robotin yhteistyön mahdollisuuksista. Insinöörikunnan haasteena on löytää uusia sovelluskohteita, joissa vuorovaikutteisen robotiikan mahdollisuuksia voidaan hyödyntää. Tämä kirja kertoo vuorovaikutteisen robotiikan, ihmisen ja robotin yhteistyön sekä turvatekniikan toteutuskeinoista ja kehityksestä teollisessa ympäristössä. 23 Lisätietoa:

24 24 PATRA-PROJEKTIN ESIMERKKIKIRJASTO IHMINEN- ROBOTTI YHTEISTYÖSTÄ Esimerkkejä 30 kpl Turvalaitteita, käyttöliittymiä, soveltuvia robotteja, ihminen-robotti yhteistyötä Esimerkkikirjasto on tarkoitettu suunnittelijoille. Esimerkkejä voi soveltaa omissa kohteissa tarpeen mukaan. Neljä laajempaa esimerkkiä robotisoiduista järjestelmistä, joissa sekä ihmisellä että robotilla on tärkeä tehtävä

25 25 Esimerkkejä yhteistyöstä Robotti avustaa työntekijää, erilaisia ratkaisuja Solu, jossa robotti toimii älykkäänä jiginä kääntelee kappaletta ja ihminen tekee siihen operaatioita. (hitsaus, maalaus tai kokoonpanojigi) Kokoonpanosolu, jossa robotti tuo kokoonpantavan kappaleen ihmisen ulottuville tiettyjä robotille hankalia- tai räätälöintioperaatioita varten Kokoonpanosolu, jossa robotti ojentelee osia. Tehtävä kokoonpanotyö on niin haasteellinen ja vaatii monimutkaisia liikkeitä, joihin vain ihminen kykenee. Robotti asentaa tarkkuutta vaativan osan, työntekijän pitäessä kokoonpanoa jigiä vasten. (apuna esim. voimaohjaus, momenttirajoitus konenäkö)

26 26 Esimerkkejä yhteistyöstä Robotilla ja työntekijällä omat tehtävät, yhteinen rajapinta Hitsaussolu kääntöpöydällä Pakkaussolu, josta ihminen hakee pakatun kappaleen Robotin opetus Ihminen opettaa robotille taluttamalla liikeradat, testaa ja korjaa ne ollessaan samalla työalueella robotin kanssa

27 27 Esimerkkejä yhteistyöstä Vanerin laatuluokittelu Pinojen nouto trukilla, noudon kuittauspainikkeet Tarkastetut ja laatuluokitellut pinot Valvotut portit Prismapeilikennot valvovat robotin tarttujan kahta asemapaikkaa Tarkastusasema Laadunkuittauspainikkeet Ihminen tarkastaa vanerin laadun, luokittelee vanerin ja tekee tarvittavat paikkaukset. Robotti nostaa esim.120 kg painavan vanerilevyä ja asettaa sen sopivaan asentoon ihmisen tarkastusta varten. Robotti siirtää levyn laatuluokkaa vastaavaan pinoon. [Visuvesi Oy] Valokennolinjat rajaavat alueet takana, robotin ja tarkastusaseman välissä sekä kuittauspainikkeiden edustalla 27

28 28 Esimerkkejä yhteistyöstä Hitsaussolu, jossa on kääntöpöytä ja valoverhot Operaattori purkaa ja lataa kääntöpöytää, kun robotti hitsaa toisella puolella. Kääntöpöydän molemmilla puolilla oleviin jigeihin kiinnitetään kappaleet, jotka robotti hitsaa omalla puolellaan. Ihmisten läsnäoloa valvotaan valoverhoilla Purun/latauksen valmistuminen kuitataan napista Yksinkertainen ja toimivaksi todettu ratkaisu. Samantyyppisiä ratkaisuja on käytössä useassa yrityksessä [K-Hartwall]

29 29 Esimerkkejä yhteistyöstä, tutkimuslaite [Fraunhofer IPA] Mobiili robottikäsivarsi Autonomisesti liikkuvalle alustalle on kiinnitetty robottikäsivarsi Sovellukseen kuuluu myös virtuaalinen ohjelmointi- ja konfigurointiympäristö Sovellusta voidaan käyttää avusteisessa kaarihitsauksessa ja kokoonpanossa Laitteelle voidaan opettaa hitsattava sauma kuljettamalla robotin tarttujassa kiinni olevaa hitsauskolvia läpi sauman Virtuaalisessa ohjelmointiympäristössä robotille voidaan opettaa nouto- ja hakutehtäviä Liikkuvan robottikäsivarren on tarkoitus avustaa työntekijää, ja suorittaa pitkäveteiset itseään toistavat tehtävät.

30 30 Esimerkkejä yhteistyöstä 6D-hiirellä ohjattava robotti Työntekijä voi ohjata robottia tarttumalla tarttujaan asennettuun 6D-hiireen. 6D-hiiri soveltuu esimerkiksi robotin ohjelmointiin, opettamalla robotille kädestä pitäen reitit ja pisteet. Laitteella onnistuu myös robotin käyttö keventimenä tai nostimena, kiinnittämällä nostettava tai liikuteltava kuorma robotin tarttujaan, ja ohjaamalla sitä 6D-hiiren avulla. [Fraunhofer IPA / Reis Robotics] Vastaava ratkaisu tehtävissä voimaohjatulla robotilla, jonka tarraimessa on vapaustuskytkimet.

31 31 Turvalaserskanneri Turvalaserskanneri on optinen anturi, joka pyyhkii ympäristöään viuhkamaisesti (kaksiulotteisesti )infrapunalasersäteellä ja mittaa säteisiin osuneiden kohteiden etäisyydet ja paikan. Turvalaserskannerin pyyhkimä alue on varsin laaja, jopa yli 270 astetta, ja mittausetäisyys on useita metrejä riippuen skannerista (esim. 4 7 m) Skannerin sädeviuhkan alueelle voidaan PC:n avulla helposti graafisesti määrittää varoitus- ja suojakentät. Kenttiä voi olla useita erilaisia ja niitä voidaan vaihtaa skannerin tulojen tilaa muuttamalla. Ihmisen tai muun esteen osuessa varoituskenttään skanneri ilmoittaa siitä esim. PC:lle. Ihmisen tai esteen osuessa turvakenttään skanneri tiputtaa turvaulostulot nollaan (0 V), joka saa niihin liitetyn laitteen pysähtymään. Vaaka-asennossa huomioitava lisäksi käden ulottuvuus.

32 32 Safety Eye - konenäköpohjainen turvajärjestelmä (Pilz) SafetyEye järjestelmässä piirretään kolmiulotteiset alueet pysäytykselle varoitukselle ja mahdollisille muille alueille. Kamera asetetaan 1,5 7,5 m korkeudelle ja se havaitsee kuvassa ihmisen kehon ja periaatteessa raajatkin. Järjestelmä sisältää kolme kameraa, kaksi tietokonetta ja turvalogiikan. Vasteaika on 300 ms ja se täyttää luokan 3 ohjausjärjestelmän vaatimukset (EN 954-1). Epäilemättä järjestelmä kehittyy nopeasti ja sille on tulossa jossain vaiheessa kilpailijoita

33 33 Konenäköön perustuvan turvajärjestelmän koekäyttö- SafetyEye SafetyEye kokeet toteutettiin TTY:llä. Ohjelmointi ja määrittelyt olivat selkeitä. Laite on melko herkkä valaistuksen varjoille ja hitsauksen roiskeet, kuten suora valokin voivat aiheuttaa häiriöitä. Valaistusta saattaa joutua sovittelemaan, jotta järjestelmä toimisi hyvin. SafetyEye toimi koekäytössä koko ajan turvallisesti. Järjestelmä toimi moitteettomasti sitten, kun valaistus ja aluerajat saatiin sopiviksi

34 34 Turvamääräykset, optisten anturin näkökulma SFS EN ISO :2011, TEOLLISUUSROBOTIT TURVALLISUUSVAATIMUKSET Turvaetäisyys operaattorin ja robotin välillä tulee olla ISO mukainen. Robotin pitää pysähtyä ennen kuin robotti osuu ihmiseen. Kaavoissa ihmisen kävelynopeus 1,6 m/s, käden nopeus 2 m/s, käden ulottuma 850 mm. Lisäksi otetaan huomioon robotin nopeus ja pysähtymisaika (-matka, kun anturit liikkuvat mukana) sekä turvalaitteen vaste, saadaan turvaetäisyydet erilaisille turvalaitteille. Laskentaesimerkki, optisella anturilla valvottu robotin alue S = 1600 x (T M +T s )+8 x (d-14) [mm] = Turvaetäisyys [mm] T M = Koneen tai laitteiston jälkikäyntiaika = 890 ms = 0,89 s T S = S3000:n vasteaika = 90 ms = 0,09 s d = S3000:n resoluutio [mm] = 40 mm -> S =1 776 mm turvaetäisyys robotin ulottuvuusalueesta

35 35 Antureihin perustuvien turvalaitteiden ongelma Antureihin perustuvien turvalaitteiden ongelma on niiden vaatima iso turvaalue robotin työalueen ympärillä. Robotin on pystyttävä pysähtymään ennen kuin ihminen ennättää robotin työalueelle. Etenkin isoilla ja nopeilla roboteilla pysähtymisaika on pitkä, jopa sekunteja. Ainoastaan fyysinen este (kuten häkki), joka fyysisesti estää ihmisen pääsyn työalueelle ei tarvitse turva-aluetta. Esimerkiksi optisella turvalaitteella varustetun keskikokoisen (45 kg) robotin + työkalun vaatima pinta-ala (93 m 2 ) on 2,5-kertainen verrattuna häkissä olevaan samaan robottiin (37 m 2 ) Vertailu turva-aidoilla ja anturipohjaisella (turvalaserskanneri) suojatun robottisolun pinta-alavaatimuksista.

36 36 Robotin alueen pienentäminen mekaanisilla rajoilla (hard stop). Turvaohjain ohjelmallisesti rajoitetut robotin alueet Tarvittavan turva-alueen pienentäminen ohjelmallisesti rajoitetut nopeudet pysähtymisen valvonta => ohjelmallinen turvallinen pysäytys mahdollista määritellä useita rajoitettuja 3D-alueita Source ABB

37 37 Tarvittavan turva-alueen pienentäminen Ongelma: järjestelmä on toinen rinnakkainen ohjain, monitorointijärjestelmä. Hätäpysäytys tai ohjelmallinen pysäytys generoidaan vasta, kun rajat ylitetään. sama ongelma oletettavasti softapohjaisilla rajakytkimillä ei estä ylityksiä, reagoi vasta ylityksiin turvaetäisyyteen lisättävä matka, kuinka pitkälle robotti voi ylittää rajat. iso robotti, suuri kuorma ja nopeus -> ylitykset isoja -> alueen rajaus ei yksin riitä pysähtymismatka verrannollinen nopeuden neliöön. pysähtymisaika suoraan verrannollinen nopeuteen. nopeuksia pudottamalla pysähtymismatka ja aika putoavat merkittävästi. ylitys riippuu nopeudesta ja liikeradasta -> jarrutusmatkaa ja aikaa ei voi eksaktisti määrittää (ns. worst case). standardin mukaan jarrutusaika ja matka otetaan suoraksi ojennetun käsivarren liikkeestä. VTT:n pienimuotoisten kokeiden perusteella siihen on hyvä lisätä vielä pieni turvallisuusmarginaali pysähtymismatkoihin. voimakas nopeuden pienentäminen reuna-alueilla tuo järkevät turvaetäisyydet.

38 38 Liikuteltavan robotin liikuteltava turvajärjestelmä Liikuteltava robottijärjestelmä, joka voidaan paikoittaa useampiin vaihtoehtoisiin paikkoihin. Turvajärjestelmä integroitu liikutusalustaan laserskannerit integroitu liikutusalustaan robotin turvaohjain, robotin alue rajoitettu, erilaisia nopeusvyöhykkeitä. mielekkäät turva-alueet saadaan rajoittamalla reuna-alueiden nopeuksia

39 39 Edistyksellinen ratkaisu dynaaminen turvajärjestelmä Eräs VTT:n demoama ratkaisu ihmisen ja robotin yhteistyöhön isoilla roboteilla. Lähtökohtana on robotin työaluetta lähestyvän ihmisen liikkeiden seuraaminen. Kun ihminen lähestyy robottia, sen nopeutta ja turva-aluetta pienennetään jopa robotin liikkeen pysäyttämiseen asti. Ihmisen etääntyessä turva-alueelta robotin nopeus palautuu asteittain automaattisesti. VTT on kehittänyt ratkaisua, joka hyödyntää ihmisen seuraamiseen Microsoft Kinect-3D kameraa. Kameran etuina on halpa hinta ja hyvä toimivuus suursarjatuotannon ja isojen kehitysresurssien ansiosta. Kinect-3D ei ole turvalaite, joten se vaatii rinnalle varsinaisen turvajärjestelmän, joka perustuu joustavaan turvalaitteeseen, esim. turvalaserskanneriin tai 3D-turvaskanneriin.

40 40 Dynaaminen turvajärjestelmä Kinect-anturiin pohjautuva ihmisen seuranta ja ohjausjärjestelmä sen mukaan vaihdetaan turvajärjestelmän tilaa ja säädetään robotin nopeutta. Sen avulla vältetään turvajärjestelmän aktivoituminen. Optinen turvajärjestelmä on varmistava turvajärjestelmä. Robotin turvaohjain, monitoroi robotin aluerajoja ja sallittuja nopeuksia sekä varmistaa, että robotti on pysähtyneenä. Lisäksi työnopastusjärjestelmä.

41 41 Robotti-ihminen-yhteistyödemo VTT Robotin turva-alueet ja nopeudet on sovitettava keskenään. Safe Tool Speed (examples) 1=max 2500 mm/s, 100% 2=max 1875 mm/s, 75% 3=max 1250 mm/s, 50% 4=max 250 mm/s, 10%

42 42 Robotti-ihminen yhteistyödemo VTT Kuvat vasemmalla: Kinect tunnistaa ihmishahmon. Kuva oikealla ylhäällä: Konenäköpohjainen turvajärjestelmä.

43 43 1. Työntekijä lähestyy valvontakenttää, robotti toimii täydellä nopeudella ja turva-alueella. VTT:n MS Kinect-pohjainen työntekijän seuranta ja robotin dynaaminen turva-alue MS Kinect valvontakenttä (keltainen) Turvalaserskanneri, turva-alue (punainen) 3. Työntekijä lähestyy edelleen robottia. Robotti pienentää nopeutta ja turva-aluetta. Robotti lähtee viemään työkappaletta ihmisen ulottuville. 2. Työntekijä on valvontakentällä ja lähestyy robottia. Robotti hidastaa nopeutta ja pienentää turva-aluetta 4. Työntekijä lähestyy edelleen. Robotti vie työkappaleen ihmisen ulottuville ja pysähtyy. Turvaohjain monitoroi, että robotti on pysähtyneenä ja poistaa turva-alueen käytöstä, koska robotti on pysähtynyt.

44 44 Uusimman tekniikan tuomat käytännön mahdollisuudet ns. turvalliset robotit älykkäät turva-anturit turvaohjaimet dynaamiset turvajärjestelmät liikuteltavan robotin turvajärjestelmä robotin ohjaaminen 6D-ohjaimella - robotti kuorman keventäjänä innovatiivisuus Uudenlaisia ratkaisuja ihmisen ja robotin yhteistyöhön.

45 45 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa